جوش كاري نقطه اي

جوش نقطه‌ای یكی از پركاربردترین نوع جوش مقاومتی می‌باشد. این فرآیند برای اتصال ورق‌های لب روی هم، یا سیم به ورق و یا سیم بر روی سیم بكار برده می شود و در آن قطعه كار بین الكترودها تحت فشار قرار گرفته و جریان توسط تراسفورماتور و بازوها از الكترودها و سپس قطعه كار عبور می كند، این فرآیند كاربرد زیادی در صنایع لوازم خانگی و اتومبیل سازی دارد. در این جوش اتصال دو سطح توسط حرارت و فشار تواماً انجام می گیرد كه وقتی جریان الكتریكی از میان دو قطعه فلزی كه بهم چسبیده اند عبورمی كند، مقاومت زیاد موضعی موجب تولید گرمای فوق العاده زیادی می شود. در صورتی كه جریان كافی بكار رود، فلزات مورد استفاده ابتدا در حالت خمیری قرار گرفته و سپس ذوب می شوند. اگر هنگامی كه دو فلز در حالت خمیری یا مذاب قرار دارند به یكدیگر فشار داده شوند و تا كمی بعد از قطع جریان و خنك شدن در همان وضعیت باقی بمانند، دو قطعه در هم آمیخته شده و به صورت یك قطعه واحد در می آیند، كه در این حالت جوش بصورت دكمه یا دیسك هایی بین دو لایه ورق بوجود می آید كه با توجه به سرعت انجام این عمل، بسیاری از خواص فیزیكی آنها دست نخورده باقی خواهند ماند

عوامل موثر بر جوش نقطه‌ای  :  

تولید گرما در یك تماس الكتریكی به سه فاكتور بستگی دارد كه با این فرمول نشان می‌دهیم Q = RTI²

I = شدت جریان بر حسب آمپر

R = مقاومت بر حسب اهم

T = زمان بر حسب ثانیه

Q = حرارت بر حسب ژول

فاكتورهای شدت جریان و زمان از طریق دستگاه جوش قابل كنترل هستند، اما مقاومت الكتریكی به عوامل مختلف بستگی دارد از جمله:

جنس و مقاومت قطعه كار

فشار بین الكترودها

اندازه و فرم و جنس الكترودها

چگونگی سطح كار (صافی و تمیزی آن)

كاربرد صحیح جوش نقطه ای به عملكرد مناسب و كنترل متغیرهای زیر بستگی دارد:

جریان (current)

فشار (pressure)

زمان (time)

مساحت نوك الكترود (contact area electrode)

تعادل حرارتی

اثر مقاومت ها:

در یك پروسه نقطه جوش 7 مقاومت الكتریكی وجود دارد كه در شكل زیر می بینید.

مقاومت 1 و 7 مقاومت الكتریكی در الكترودها و هادی ها تا سر ثانویه می باشد . مقاومت 2 و 6 مقاومت الكتریكی تماس الكترود و فلز اصلی است بزرگی این مقاومت به كیفیت سطح در فلز پایه  و الكترود بستگی دارد . این مقاومت ناخواسته بوده و باید حتی المقدور آنرا كاهش داد . تمیزی سطح كار و الكترود و نیروی فشاری وارد بر الكترود عوامل تقلیل دهنده این مقاومت می باشند. مقاومت های 3 و 5 مجموع مقاومت های خود فلز پایه است كه مقاومت نسبت مستقیم با ضخامت و نسبت معكوس با سطح مقطعی كه جریان از آن عبور می كند دارد. ( R = p L/A ) این مقاومت ها به ضریب مقاومت الكتریكی و درجه حرارت قطعه كار نیز بستگی دارند. مقاومت 4 مقاومت تماس دو ورق مهمترین قسمت است كه بالاترین مقاومت بوده و از آنجایی كه حرارت تولید شده در این نقطه كمتر منتقل می گردد باعث ایجاد جوش در این ناحیه می شود. فلزات دارای مقاومت الكتریكی كم بوده و درنتیجه مقاومت های اهمیت بیشتری پیدا می كنند.

نكته: در محل تماس الكترود و فلز به دو دلیل دما بالا نمی رود:

سطح الكترود تمیز شده لذا اتصال بین الكترود و فلز در نقاط كمتری اتفاق می افتد.

الكترود مسی با آب سرد می شود.

اثر جریان:

به دلیل توان دو، جریان الكتریكی بیشترین اثر را در ایجاد گرما دارد كه افزایش آن باعث افزایش جنبش مولكولی و افزایش مقاومت جوش می شود، ولی اگر جریان بیش از اندازه گردد حرارت در ناحیه جوش بسیار بالا رفته و ذوب فلز تا سطح آن گسترش می یابد و فضای خارج از الكترود ذوب شده و در نتیجه باعث پاشیدن فلز مذاب می گردد. پس در این جوش، به جریان كافی برای گرم كردن فلزات و رساندن آنها به حد خمیری نیاز است. مقدار جریان برای جوش را با توجه به ضخامت ورق و كلاس جوش می توان با استفاده از قسمت كنترل جریان كه بر روی دستگاه پیش بینی شده است، تنظیم كرد.

اثر حرارت:

مجموع حرارت تولید شده متناسب با زمان جوش است بالاجبار مقداری از حرارت به وسیله انتقال به فلز پایه الكترودها تلف خواهد شد، مقدار كمی از تلفات نیز به وسیله تشعشع است. طولانی شدن بیش از اندازه زمان جوش همان اثر شدت جریان بیش از اندازه را بر روی فلز اصلی و الكترودها می گذارد از این گذشته اثری كه در فلز پایه در ناحیه جوش به وجود می آید بیش از اندازه خواهد شد. كم بودن زمان جوش باعث می گردد ناحیه ذوب به دمای مناسب نرسد و در نتیجه عدسی جوش تشكیل نشده یا عدسی تشكیل شده در حد مطلوب نباشد.

اثر فشار:

در تهیه جوش مقاومتی به دو سری فشار نیاز داریم:

الف) فشار جوش    ب) فشار چكشی

الف) فشار جوش :  

تأثیر مقاومت R در فرمول حرارت به صورت فشار جوشكاری نمایان می شود كه آن نیز متأثر از مقاومت سطح تماس بین قطعات كار است. قطعات كار در عملیات نقطه جوش، درز جوش و پرس جوش بایستی محكم به یكدیگر در محل جوش بچسبند تا جریان الكتریكی قادر باشد از آنها عبور كند. با افزایش فشار، مقاومت تماس و حرارت تولید شده در فصل مشترك كاهش می یابد. با كاهش حرارت در سطح، شدت جریان و زمان جوش بایستی افزایش یابد تا كاهش مقاومت جبران شود. با افزایش فشار، نسبت بین سطح تماس حقیقی به سطح تماس اسمی افزایش یافته و لذا مقاومت كم می گردد. كاهش فشار بیش از اندازه باعث می شود سطح تماس واقعی دو فلز كم شده و در نتیجه دانسیته جریان بالا رفته و حرارت بیش از اندازه تولید می گردد از سوی دیگر فشار مذاب بین دو قطعه باعث پرتاب شدن مذاب به خارج از ناحیه جوش شده و در جوش جرقه ایجاد می كند.

) فشار چكشی:

 ب

فشاری است كه بعد از قطع جریان جوشكاری، قطعات مورد نظر به هم وارد می كنند.

تعادل حرارتی:

تعادل حرارتی هنگامی رخ می دهد كه ارتفاع ذوب (نفوذ) در دو قطعه كار یكسان باشد. در اكثر كاربردها این حالت اتفاق می افتد ولی در بسیاری از موارد به علل ذیل تعادل حرارتی اتفاق نمی افتد.

نسبت ضریب هدایت حرارتی و الكتریكی قطعات كه به هم متصل شده اند.

نسبت هندسی در قسمت های اتصال ضریب الكتریكی و حرارتی درالكترودها شكل هندسی الكترودها هنگامی كه قطعات جوش داده می شوند، اگر اختلاف تركیبی یا اختلاف ضخامت یا هر دوی اینها را داشته باشند حرارت نامتقارن خواهد بود. در بسیاری از حالات با طراحی قسمت ها و جنس الكترود، عدم تعادل حرارتی می تواند مینیم گردد. اغلب تعادل حرارتی با كوتاه كردن زمان جوش یا استفاده از جریان های پایین تر كه جوش قابل قبولی را می سازد، بهبود می یابد.

سیكل جوشكاری:

در حین جوش نقطه ای چهار فاصله زمانی وجود دارد:

زمان فشار قبل از جوش: فاصله زمانی ما بین وارد آمدن نیرو تا بكار گرفتن جریان. این زمان برای اطمینان از اتصال كامل الكترودها به قطعه كار و كامل شدن نیروی الكترود قبل از برقراری جریان جوش است.

زمان جوش: زمانی كه جریان برای ایجاد یك جوش داخل قطعه برقرار می گردد.

زمان نگه داشتن بعد از جوش: زمانی كه بعد از قطع جریان الكترودها هنوز بر روی قطعه كار قرار دارند. در خلال این زمان عدسی جوش جامد و سرد شده و مقاومت آن به حد كفایت می رسد.

زمان خاموش: فاصله زمانی بین آزاد شدن الكترودها پس از خنك شدن جوش و آغاز سیكل بعدی را می گویند.

برای اصلاح خواص مكانیكی و فیزیكی جوش می توان یكی یا بیش از یكی از حالت های زیر را در سیكل جوش ایجاد نمود.

نیروی پیش فشار برای قرار گرفتن الكترودها و قطعات كار با هم

عملیات پیش گرم برای كاهش دادن گرادیان دما در زمان شروع جوشكاری

زمان سرد كردن و عملیات حرارتی برای بدست آوردن خواص مقاومتی جوش آلیاژهای فولاد سخت شونده

عملیات پس گرم برای تنظیم كردن اندازه دانه جوش در فولادها

جریان آرام برای سرد شدن (به ویژه در آلیاژهای آلومینیم)

از نظر اقتصادی لازم است كه فاكتور زمان حتی المقدور كاهش یابد.

مساحت نوك الكترود:

اندازه جوش بوسیله مساحتی كه در تماس با نوك الكترودها است كنترل می شود و این مساحت را می توان متناسب با نیازهای هر كار و با استفاده از زوج الكترودهای گوناگون به دلخواه تغییر داد.

چگالی جریان فشار:

از حاصل تقسیم مقدار جریان عبوری بر سطح مقطع چگالی جریان الكتریكی بر حسب A/mm2 و از تقسیم مقدار نیرو به سطح مقطع چگالی نیرو بر حسب Kg/mm2 بدست می آید. چگالی جریان در واقع بیانگر دو پارامتر مقدار جریان و سطح الكترود در جوشكاری است. انتخاب مقدار مناسب چگالی جریان باعث افزایش راندمان جوش و كم كردن اتلاف انرژی می گردد. هنگامی كه چندین نقطه جوش ایجاد شد معمولاً سطح الكترود قارچی شده و باعث می گردد چگالی جریان الكتریكی از حد مجاز كمتر شده و جوش انجام نشود. برای رفع این نقیصه در سیستم های فرمان افزایش پله ای یا یكنواخت جریان مناسب با تعداد جوش پیش بینی می گردد و در مورد چگالی نیرو نیز با افزایش سطح مقطع الكترود چگالی كاهش پیدا كرده و باعث عدم اجرای جوش می گردد و برای رفع آن از رگولاتورهای تنظیم كننده فشار استفاده می شود.

تجهیزات جوش نقطه ای:

دستگاه های جوشكاری مقاومتی شامل دو واحد كلی است: واحد الكتریكی (حرارتی) و واحد فشاری (مكانیكی). اولی باعث بالا بردن درجه حرارت موضع مورد جوش و دومی سبب ایجاد فشار لازم برای اتصال دو قطعه لب روی هم در محل جوش است. منبع معمولی تامین انرژی الكتریكی، جریان متناوب 220 یا 250 ولت است كه برای پایین آوردن ولتاژ و افزایش شدت جریان (به مقدار مورد نیاز برای جوشكاری مقاومتی) از ترانسفورماتور استفاده می شود. جریان الكتریكی از طریق دو الكترود (فك ها) به قطعه كار و موضع جوش هدایت می شود كه معمولاً الكترود پایین ثابت و بالایی متحرك است. الكترودها همانند گیره یا فك ها دو قطعه را در وضعیت لازم گرفته و جریان الكتریكی برای لحظه معین عبور می كند كه سبب ایجاد حرارت موضعی، زیر دو الكترود در سطح مشترك دو ورق می شود. جریان الكتریكی در سطح تماس باعث ذوب منطقه كوچكی از دو سطح شده و پس از قطع جریان و اعمال فشار معین و انجماد آن، دو قطعه به یكدیگر متصل می شوند. بخش دیگری از دستگاه های جوش مقاومتی را سیستم های جوش فرمان تشكیل می دهند. این سیستم ها كه وظیفه كنترل زمان و جریانی پروسه را بر عهده دارند از دو بخش قدرت و فرمان تشكیل شده اند.

بخش فرمان آنها امروزه از مدارهای میكروپروسسورها تشكیل شده كه جریان جوشكاری با دقت سیكل برق شهر و كمتر از آن كنترل می كنند. بخش قدرت این سیستم معمولاً از یك مدار تایرستوری با كلیدهای ظرفیتی بالا و حفاظت جان و تجهیزات برای قرایت جریان الكتریكی ثانویه تشكیل شده است. این سیستم ها معمولاً با برق AC كار كرده و در برخی از ماشینها پس از تولید جریان AC ركتیفایرهای خاص، جریان تبدیل به DC می گردد. ماشین های جوش مقاومتی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

ماشین های ایستگاهی مانند انواع نقطه جوش های ایستگاهی پرس جوش و … این ماشین ها در محل خود مستقر شده و قطعه كار توسط اپراتور با یك سیستم اتوماسیون در داخل آنها جوشكاری می شوند.

ماشین های قابل حمل كه به دو گروه ترانس جدا و ترانس سر خود تقسیم می شوند. در این نوع ماشین ها قطعه كار داخل جیگ و فیكسچرها ثابت شده و دستگاه جوش نقطه مشخص شده را جوش می دهد.

ماشین مخصوص مانند اتوگانها و روبوگانها یا دستگاه های ویژه ای كه در كاربردهای خاص به كار گرفته می شوند.

ساختمان گان جوشكاری:

مهمترین قطعات به كار رفته در یك گان جوشكاری از این قرارند:

چهارچوب، انبر، بازوها، جك بادی، ترانس، شیرهای هوا، سنسورهای القایی، میله راهنمایی سنسورها، پایدار كننده های بادی، ضربه گیر، اتصال رابط به گریپر و ...

مدار آب:

برای خنك كاری بازوها، انبر و نیز ترانس در هر تفنگ جوشكاری، لازم است تا یك مدار گردش آب در نظر گرفته شود.

مدار بیرونی آب:

 مدار بیرونی آب، شامل یك خط لوله برگشت است كه آب در مدار رفت، نخست به یك صافی وارد می شود، سپس از یك شیر قطع جریان می گذرد كه با دریافت سیگنال، سیم پیچ مغناطیسی آن، محور فلزی درونش را به جلو می راند و بدین روی، جریان آب ورودی به مدار،  قطع می گردد. آب ورودی به تفنگ جوشكاری پس از انجام خنك كاری از آن خارج شده، به یك شیر سنجش مقدار جریان وارد می شود. در صورتی كه مقدار جریان كمتر از اندازه مجاز باشد، این شیر، جریان آب را می بندد. پس از عبور آب از این شیر، یك نشانگر جریان، باز بودن مدار خروج آب را نمایش می دهد.

مدار درونی آب:

 مدار درونی ابزار جوشكاری، شامل راهروهای باریكی است كه در بازوها، انبر، قطعات واسطه و نیز پوسته بیرونی ترانس تعبیه شده اند و به كمك شیلنگ های كوچكی به هم متصل شده اند؛ به طوری كه آب خنك از طریق شلینگ به یك سر هر یك از قطعات نامبرده وارد می شود و از سر دیگر آن خارج می شود. لازم به توضیح است كه مطابق شكل زیر، در قطعه انتهایی بازوها، آب از یك لوله باریك فلزی یا پلاستیكی كه در راهروی درونی قطعه نصب شده است به طرف نوك الكترود حركت می كند و پس از خنك كردن نوك الكترود از فضای خالی میان سطح بیرونی لوله نازك و سطح درونی به طرف عقب بر می گردد و از قطعه خارج می شود.

مدار باد: 

مدار بیرونی باد:

مدار باد، از نقطه ورود به سلول تا نقطه پایانی مصرف در جك تفنگ جوشكاری، را گفته می شود. در آغاز مسیر باد، یك شیر گازی برای قطع سریع جریان باد پیش بینی شده است. سپس شلنگ كشی تا ابتدای واحد مراقبت انجام شده است. پیش از ورود باد به این دستگاه، یك انشعاب برای دستگاه تراش نوك الكترود گرفته شده است. این دستگاه در دو گونه برقی و بادی وجود دارد كه در گونه دوم، محرك تیغچه تراشكار، نیروی باد است. علاوه بر این، از جریان باد برای زدودن تراشه های نوك الكترود از روی تیغچه نیز استفاده می گردد.

باد پس از ورود به واحد مراقبت، تمیز می شود و اندكی روغن روانساز به آن زده می شود استفاده می گردد. باد پس از ورود به واحد مراقبت، تمیز می شود و اندكی روغن روانساز به آن زده می شود تا برای استفاده در شیرها و جك بادی آماده گردد. در ابتدای مسیر خروجی باد از واحد مراقبت، یك شیر كنترل فشار نصب شده تا در صورت افت فشار خط از یك میزان قابل تنظیم، جریان را به كمك سیم پیچ مغناطیسی و محور متحركش قطع نماید. بدین ترتیب كه پیچ تنظیم آن را بر روی فشار دلخواه (كمترین مقدار مجاز) قرار می دهیم. اگر فشار باد از این میزان كمتر شود، یك سیگنال به كنترل كننده فرستاده می شود و متعاقباً سیگنال دیگری به شیر باز برمی گردد كه جریان را در سیم پیچ برقرار می نماید. در اثر تشكیل میدان مغناطیسی در سیم پیچ، هسته، فریتی (محور متحرك) به جلو رانده می شود و جلوی عبور هوا را می گیرد تا مدار باد، بسته شود.

مدار درونی باد:

 پس از عبور از شیر كنترل فشار، باد از طریق شلنگ به بالای روبات كه محل نصب صفحه نگهدارنده شیرها است، هدایت می شود و به ورودی مشترك شیرهای فرمان می رسد.

در این موضع در گان های دو مرحله ای به ترتیب (4) حركت دهنده مرحله یكم یا حركت MX شیر (5) حركت دهنده، مرحله دوم یا حركت Gun Action و شیر (6) تامین كننده فشار لازم برای بازگشت سریع یا Back – Pressure Remove قرار دارند. در گانهای یك مرحله ای  فقط دومین شیر (شیر شماره 5) نصب شده است. برای كاستن از صدای نامطلوب باد به هنگام تخلیه از شیرها نیز دو عدد صدا خفه كن (7) در محل خروجی های مشترك شیرها به كار گرفته شده اند. لازم به ذكر است كه در برخی گان های جوشكاری، از دو شیر فرمان كه بر روی خود گان جای داده شده اند، همراه با شیرهای تخلیه سریع (8) كه در مجراهای ورودی و خروجی جك نصب شده اند، استفاده شده است تا حركت سریع پیستون جك، در رفت و برگشت تامین شود.

چگونگی عملكرد گان جوشكاری:

عملكرد این وسیله، بسته به این كه نیروی محرك آن باد باشد یا الكتریسیته، متفاوت است. در نوع بادی، با هدایت جریان هوا به ابتدا و انتهای سیلندر یا جك، حركت خشن رفت و برگشتی پیستونی جك انجام می پذیرد كه می توان با استفاده از شیر تناسبی نیروی اعمالی میان دو سر الكترودها را تنظیم نمود ولی كنترل سرعت حركت این الكترودها نیازمند به كار بردن دو قطعه، كنترل دبی هوا در مجراهای ورودی و خروجی جك است. البته سرعت حركت پیستون با این روش در تمام طول مسیر، به صورت یكنواخت باقی می ماند و تنظیم سرعت های مختلف حركتی در خلال فرایند باز شدن یا بسته شدن جك امكان پذیر نیست. در مواردی كه چنین نیازی وجود داشته باشد، از تفنگ جوشكاری با محرك سرو ـ موتور استفاده می شود. در این دسته از ابزارهای جوشكاری می توان با تغییر جریان الكتریكی، سرعت حركت الكترودها را تنظیم نموده و در هر نقطه از مسیر رفت و برگشت الكترودها را متوقف نمود. این قابلیت سبب می گردد تا زمان مورد نیاز برای پوشاندن یك چرخه كاری، به كمترین مقدار خود برسد. چرا كه پس از اعمال هر نقطه جوش ، برای اعمال نقطه جوش بعدی بر روی قطعه كار، الكترودها به اندازه كمترین مقدار لازم از هم باز می شوند و نیازی نیست كه تا انتهای كورس خود ، از هم دور شوند. بدین ترتیب ، زمان اتلافی برای موضع گیری ابزار به هنگام اعمال هر نقطه جوش جدید كاهش می یابد. این صرفه جویی زمانی، در برخی موارد كه چرخه كاری زمانی یك روبات برای اعمال كلیه نقطه جوش های آن ایستگاه، فشرده است می تواند بسیار راهگشا واقع گردد. از دیگر مزایای این گونه گان های جوشكاری، كم صدا بودن آنها در مقایسه با گونه بادی است. چون هم از صدای تخلیه هوا خبری نیست و هم الكترودها بدون ضربه به هم برخورد می كنند. چرا كه با كاهش شتاب حركت الكترودها در انتهای مسیرشان، از كوبیده شدن نوك الكترودها برهم جلوگیری می شود و بر خلاف گان های بادی، حركت در این دستگاه ها نرم و بدون ضربه است. این ویژگی علاوه برآن كه عمر الكترودها را افزایش می دهد، سبب می گردد تا جوش با كیفیتی نیز حاصل شود، چون فرورفتگی در موضع جوش برای یك جوش خوب با توجه به ضخامت ورق ها نباید از میزان مشخصی بیشتر شود. این دستاورد با تنظیم جریان گیرش به هنگام نزدیك شدن نوك الكترودها به همدیگر و در نتیجه تنظیم نیروی اعمالی، مضاعف می گردد. به دلیل عدم اتلاف هوای فشرده در مقایسه با گان های بادی، بازده انرژی در این دستگاه ها 75% بیشتر از مورد مشابه بادی است كه رقم بسیار قابل توجهی است.

ویژگی آب:

آب باید از هرگونه ذرات معلق و رسوبات عاری باشد، در صورت وجود رسوب، باعث كاهش سطح مقطع عبوری و ایجاد عایق و سوزاندن ترانس ها می شود.

دمای آب ورودی و خروجی، اختلاف فشار بین ورودی وخروجی، میزان دبی عبوری، سختی آب، تركیب شیمیایی و آلودگی های فیزیكی از جمله نكاتی هستند كه چنانچه مورد دقت قرار نگیرند آسیب جدی به دستگاه ها وارد خواهد شد.

منبع: وبگاه مهندسی تکنولوژی جوش ایرانیان