stringtranslate.com

Точечная сварка

Портативный точечный сварочный аппарат

Точечная сварка (или контактная точечная сварка [1] ) — это разновидность электросварки сопротивлением , используемая для сварки различных изделий из листового металла посредством процесса, при котором соприкасающиеся точки поверхности металла соединяются посредством тепла, получаемого в результате сопротивления электрическому току .

В этом процессе используются два электрода из медного сплава определенной формы для концентрации сварочного тока в небольшой «точке» и одновременного зажима листов вместе. Заготовки удерживаются вместе под давлением, оказываемым электродами. Обычно листы имеют толщину от 0,5 до 3 мм (от 0,020 до 0,118 дюйма). Пропускание большого тока через точку расплавит металл и сформирует сварной шов. Привлекательной особенностью точечной сварки является то, что большое количество энергии может быть доставлено к точке за очень короткое время (примерно 10–100 миллисекунд). [2] Это позволяет производить сварку без чрезмерного нагрева остальной части листа.

Количество тепла (энергии), подаваемого в точку, определяется сопротивлением между электродами, а также величиной и продолжительностью тока. [3] Количество энергии выбирается в соответствии со свойствами материала листа, его толщиной и типом электродов. Приложение слишком малой энергии не расплавит металл или сделает плохой шов. Приложение слишком большой энергии расплавит слишком много металла, вытолкнет расплавленный материал и сделает отверстие вместо шва. [4] Еще одной особенностью точечной сварки является то, что энергию, подаваемую в точку, можно контролировать для получения надежных сварных швов.

Процесс и оборудование

Робот для точечной сварки

Точечная сварка состоит из трех этапов; первый из которых включает поднесение электродов к поверхности металла и приложение небольшого давления. Затем ток от электродов подается на короткое время, после чего ток отключается, но электроды остаются на месте для охлаждения материала. Время сварки варьируется от 0,01 с до 0,63 с в зависимости от толщины металла, силы прижима электродов и диаметра самих электродов. [ необходима цитата ]

Оборудование, используемое в процессе точечной сварки, состоит из держателей инструментов и электродов. Держатели инструментов выполняют функцию механизма, надежно удерживающего электроды на месте, а также поддерживают дополнительные водяные шланги, охлаждающие электроды во время сварки. Методы крепления инструментов включают в себя лопастной, легкий, универсальный и обычный смещенный. Электроды обычно изготавливаются из сплава с низким сопротивлением, обычно из меди, и проектируются во многих различных формах и размерах в зависимости от необходимого применения.

Два свариваемых вместе материала называются заготовками и должны проводить электричество. Ширина заготовок ограничена длиной горловины сварочного аппарата и обычно составляет от 5 до 50 дюймов (от 13 до 130 см). Толщина заготовки может составлять от 0,008 до 1,25 дюйма (от 0,20 до 32 мм). [5]

После снятия тока с заготовки ее охлаждение осуществляется через отверстия для охлаждающей жидкости в центре электродов. В качестве охлаждающей жидкости в механизмах точечной сварки может использоваться как вода, так и соляной раствор.

В случае контактной точечной сварки существуют две основные части системы инструментов, характеристики которых в корне влияют на весь процесс: пистолет и его тип, а также размер и форма электрода. В таком применении, где компоновка пистолета должна быть максимально жесткой из-за высоких прилагаемых усилий (например, сварка толстых материалов), широко используется пистолет типа С. Помимо высокой результирующей жесткости, эта компоновка приводит к высокой гибкости инструмента, поскольку движение электродов является коллинеарным. В отличие от типа С, так называемая компоновка типа X обеспечивает меньшую жесткость, хотя достижимое рабочее пространство намного больше, чем у типа С, поэтому эта компоновка очень распространена, где обрабатываются тонкие и плоские предметы (например, изготовление поддона пола или панели крыши). Однако она обеспечивает меньшую гибкость с точки зрения инструмента, поскольку пути движущихся электродов не являются коллинеарными (как кончики ножниц), поэтому следует использовать куполообразный наконечник электрода.

Электроды, используемые при точечной сварке, могут значительно различаться в зависимости от области применения. Каждый тип инструмента имеет свое предназначение. Радиусные электроды используются для высокотемпературных применений, электроды с усеченным наконечником — для высокого давления, эксцентриковые электроды — для сварки углов, смещенные эксцентриковые наконечники — для проникновения в углы и небольшие пространства, и, наконец, смещенные усеченные — для проникновения в саму заготовку.

Характеристики

Процесс точечной сварки имеет тенденцию закалять материал, вызывая его деформацию. Это снижает усталостную прочность материала и может растянуть материал, а также отжечь его. Физические эффекты точечной сварки включают внутренние трещины, поверхностные трещины и плохой внешний вид. Трещина вокруг сварного шва будет расширяться под воздействием внешней нагрузки или усталости, что приведет к другому типу отказа. [6] [7] Затронутые химические свойства включают внутреннее сопротивление металла и его коррозионные свойства.

Время сварки часто очень короткое, что может вызвать проблемы с электродами — они не могут двигаться достаточно быстро, чтобы удерживать материал зажатым. Контроллеры сварки будут использовать двойной импульс, чтобы обойти эту проблему. Во время первого импульса контакт электрода может не обеспечить хорошую сварку. Первый импульс размягчит металл. Во время паузы между двумя импульсами электроды сблизятся и обеспечат лучший контакт.

Во время точечной сварки большой электрический ток индуцирует большое магнитное поле, а электрический ток и магнитное поле взаимодействуют друг с другом, создавая большое магнитное силовое поле, которое заставляет расплавленный металл двигаться очень быстро со скоростью до 0,5 м/с. Таким образом, распределение тепловой энергии при точечной сварке может кардинально меняться из-за быстрого движения расплавленного металла. [8] [9] [10] Быстрое движение при точечной сварке можно наблюдать с помощью высокоскоростной фотографии. [11]

Базовый точечный сварочный аппарат состоит из источника питания, накопителя энергии (например, конденсаторной батареи), переключателя, сварочного трансформатора и сварочных электродов. Элемент накопления энергии позволяет сварщику обеспечивать высокие мгновенные уровни мощности. Если потребности в мощности невелики, то элемент накопления энергии не нужен. Переключатель заставляет накопленную энергию сбрасываться в сварочный трансформатор. Сварочный трансформатор понижает напряжение и повышает ток. Важной особенностью трансформатора является то, что он снижает уровень тока, который должен выдерживать переключатель. Сварочные электроды являются частью вторичной цепи трансформатора. Также имеется блок управления, который управляет переключателем и может контролировать напряжение или ток сварочного электрода.

Сопротивление, предъявляемое сварщику, сложное. [12] Существует сопротивление вторичной обмотки, кабелей и сварочных электродов. Существует также контактное сопротивление между сварочными электродами и заготовкой. Существует сопротивление заготовок и контактное сопротивление между заготовками.

В начале сварки контактные сопротивления обычно высоки, поэтому большая часть начальной энергии будет рассеиваться там. Это тепло и зажимное усилие смягчат и сгладят материал на границе электрод-материал и обеспечат лучший контакт (то есть снизят контактное сопротивление). Следовательно, больше электрической энергии поступит в заготовку и сопротивление соединения двух заготовок. Когда электрическая энергия подается на сварку и вызывает повышение температуры, электроды и заготовка отводят это тепло. Цель состоит в том, чтобы приложить достаточно энергии, чтобы часть материала в пятне расплавилась, не расплавив при этом все пятно. Периметр пятна будет отводить много тепла и поддерживать периметр при более низкой температуре. Внутренняя часть пятна отводит меньше тепла, поэтому она расплавится первой. Если сварочный ток подается слишком долго, вся точка расплавится, материал закончится или иным образом выйдет из строя, и «сварной шов» станет дырой.

Напряжение, необходимое для сварки, зависит от сопротивления свариваемого материала, толщины листа и желаемого размера сварного ядра. При сварке обычной комбинации, такой как листовая сталь толщиной 1,0 + 1,0 мм, напряжение между электродами составляет всего около 1,5 В в начале сварки, но может упасть до 1 В в конце сварки. Это снижение напряжения происходит из-за снижения сопротивления, вызванного плавлением заготовки. Напряжение холостого хода трансформатора выше этого значения, обычно в диапазоне от 5 до 22 вольт. [13]

Сопротивление сварного пятна изменяется по мере его течения и разжижения. Современное сварочное оборудование может контролировать и регулировать сварку в режиме реального времени , чтобы обеспечить однородность сварки. Оборудование может стремиться контролировать различные переменные во время сварки, такие как ток, напряжение, мощность или энергия.

Мощность сварочных аппаратов варьируется от 5 до 500 кВА. [14] Микроточечные сварочные аппараты, используемые в различных отраслях промышленности, могут иметь мощность до 1,5 кВА или ниже для нужд точной сварки.

В ходе процесса сварки из зоны сварного шва часто выбрасываются брызги расплавленного металла (искры).

Контактная точечная сварка не создает яркой дуги, поэтому защита от ультрафиолета не требуется. OSHA требует прозрачные защитные щитки или очки для защиты от брызг, но не требует никаких фильтрующих линз. [15]

Приложения

Завод BMW в Лейпциге, Германия: точечная сварка кузовов автомобилей BMW 3 серии с использованием промышленных роботов KUKA

Точечная сварка обычно используется при сварке определенных типов листового металла , сварной проволочной сетки или проволочной сетки . Более толстый материал сложнее поддается точечной сварке, поскольку тепло легче проникает в окружающий металл. Точечную сварку можно легко определить на многих изделиях из листового металла, таких как металлические ведра. Алюминиевые сплавы можно сваривать точечной сваркой, но их гораздо более высокая теплопроводность и электропроводность требуют более высоких сварочных токов. Для этого требуются более крупные, более мощные и более дорогие сварочные трансформаторы .

Возможно, наиболее распространенное применение точечной сварки — это автомобилестроение , где она используется практически повсеместно для сварки листового металла для формирования автомобиля. Точечные сварщики также могут быть полностью автоматизированы , и многие промышленные роботы, используемые на сборочных линиях, являются точечными сварщиками (другое важное применение роботов — покраска).

Точечная сварка также применяется в ортодонтических клиниках, где малогабаритное оборудование для точечной сварки применяется при изменении размеров металлических «молярных колец», используемых в ортодонтии .

Другое применение — точечная сварка полосок для никель-кадмиевых , никель-металлгидридных или литий-ионных аккумуляторных ячеек для изготовления батарей. Ячейки соединяются точечной сваркой тонких никелевых полосок с клеммами батареи. Точечная сварка может предотвратить перегрев батареи, как это могло бы произойти при обычной пайке .

Хорошая практика проектирования всегда должна предусматривать адекватную доступность. Соединительные поверхности должны быть свободны от загрязнений, таких как окалина, масло и грязь, для обеспечения качественных сварных швов. Толщина металла, как правило, не является фактором, определяющим хорошие сварные швы.

Модификации

Рельефная сварка — это модификация точечной сварки, при которой сварной шов локализуется с помощью приподнятых секций или выступов на одной или обеих соединяемых заготовках. Тепло концентрируется на выступах, что позволяет сваривать более тяжелые секции или более близкое расположение сварных швов. Выступы также могут служить средством позиционирования заготовок. Рельефная сварка часто используется для приваривания шпилек , гаек и других резьбовых деталей машин к металлической пластине. Она также часто используется для соединения перекрестных проводов и стержней. Это еще один высокопроизводительный процесс, и несколько рельефных сварных швов могут быть организованы с помощью подходящего проектирования и установки. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ларри Ф. Джеффус (2002). Сварка: принципы и применение. Cengage Learning. стр. 694. ISBN 9781401810467. Получено 18 апреля 2014 г. .
  2. ^ robot-welding.com Архивировано 17 января 2010 г. на Wayback Machine
  3. ^ Эффект Джоуля, см. законы Джоуля
  4. ^ Патент США 4456810, Адаптивный график селективного управления сваркой, июнь 1984 г. «Процесс сварки останавливается... до того, как расплав превысит диаметр электрода. В противном случае из точки сварки вылетит впечатляющий, но совершенно нежелательный ливень искр и горячего металла».
  5. ^ Роберт Х. Тодд; Делл К. Аллен; Лео Альтинг (1994). Справочное руководство по производственным процессам . Industrial Press. ISBN 0831130490.
  6. ^ Аль-Мухтар, AM (2015). Принципы и соображения точечной сварки. Процедура и параметры сварки. Качество сварных швов (1-е изд.). Саарбрюккен. ISBN 978-3-8381-5129-8. OCLC  934173073.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  7. ^ Аль-Мухтар, AM (2016). «Обзор листов контактной точечной сварки: процессы и режим отказа» . Advanced Engineering Forum . 17 : 31–57. doi :10.4028/www.scientific.net/AEF.17.31. ISSN  2234-991X. S2CID  137975371.
  8. ^ YB Li, ZQ Lin, SJ Hu и GL Chen, «Численный анализ поведения магнитной гидродинамики во время контактной точечной сварки», J. Appl. Phys. , 2007, 101(5), 053506
  9. ^ YB Li, ZQ Lin, Q Shen и XM Lai, Численный анализ явлений переноса в процессе контактной точечной сварки , Труды ASME, Журнал производственной науки и техники , 2011, 133(3), 031019-1-8
  10. ^ YB Li, ZY Wei, YT Li, Q Shen, ZQ Lin, Влияние угла конуса усеченного электрода на тепло- и массоперенос при контактной точечной сварке , Международный журнал по тепло- и массопереносу , 2013, 65(10), 400-408
  11. ^ А. Каннингем, М. Л. Бегеман, «Фундаментальное исследование сварки проектов с использованием высокоскоростного компьютера для фотосъемки», Welding Journal , 1965, том 44, стр. 381–384.
  12. ^ Джефф Шеннон, «Достижения в технологии контактной сварки обеспечивают улучшенное качество сварки и надежность для производителей аккумуляторов», Battery Power Products & Technology , июль/август 2007 г., том 11, выпуск 4, [1].
  13. ^ SR Deb; S. Deb (2010). Робототехника и гибкая автоматизация. Tata McGraw-Hill Education. стр. 491. ISBN 9780070077911. Получено 18 апреля 2014 г. .
  14. ^ Джордж Ф. Шрейдер; Ахмад К. Элшеннави (2000). Производственные процессы и материалы. SME. стр. 311. ISBN 9780872635173. Получено 18 апреля 2014 г. .
  15. ^ OSHA (26 марта 2012 г.). "Сварка, резка и пайка 1910.252(b)(2)(i)(C)". Стандарты охраны труда и техники безопасности . Министерство труда США . Получено 8 октября 2018 г.
  16. ^ Куглер, А. Н. (1977). Основы сварки . Международные заочные школы. LCCN  77360317.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Точечная сварка .