جوش مقاومتی و کاربردهای آن در صنعت

جوش مقاومتی و کاربردهای آن در صنعت

اسلاید 1: به نام خداوند بخشنده مهربانپروژه درس روش های تولید و کارگاه

اسلاید 2: جوش مقاومتی و کاربرد های آن در صنعت

اسلاید 3: در صنعت روشهای مختلفی برای تولید قطعات و مجموعه های صنعتی به کار گرفته می شود و در این میان روش جوشکاری یکی از با اهمیت ترین این روشها بوده و شاید بتوان گفت که مجموعه ی صنعتی وجود ندارد که در آن یکی از روشهای جوشکاری استفاده نشده باشد.یکی از پرکاربردترین روشها جهت اتصال قطعات فلزی در صنایع،جوش مقاومتی می باشد.برای مثال درخودرو سازی در بدنه ی هر خودرو ی سواری به طور متوسط حدود3000 نقطه جوش وجود دارد و حدود%98 بدنه ی خودرو توسط جوش مقاومتی به هم متصل می شوند.با توجه به اهمیت این موضوع می بینیم که آشنایی با این نوع جوش و ادامه ی آن به عنوان یک پروژه می تواند نقش تعیین کننده ای در ارائه دانش و پیشرفت آن باشد.در ادامه مختصری از این نوع جوش مطرح میشود...

اسلاید 4: اصول و مفاهیم

اسلاید 5: تعریف جوشاز نظر متالوژی،جوش به محل اتصالی اطلاق می شود که با هیچکدام از روشهای:آنالیز شیمیاییتستهای مکانیکیمطالعات میکروسکپیقابل تشخیص از قسمت های دیگر نباشد.در عمل دسترسی به این تعریف امکان پذیر نیست ولی در روشهای مختلف جوش تلاش می شود به این تعریف نزدیک شوند.نقطه ی مشترک انواع جوش عامل حرارت یا انرژی گرمایی است.هرچند استفاده از مواد واسط و یا استفاده از نیرو در بعضی از انواع جوش کاربرد دارد.

اسلاید 6: جوش مقاومتیدر جوش مقاومتی دو عامل حرارت و نیرو همزمان مورد نیاز می باشد.در این نوع جوش برای ایجاد حرارت لازم در عملیات جوشکاری از خاصیت مقاومت الکتریکی قطعات جوش شونده استفاده می شود.با عبور جریان از قطعات، حرارت مورد نیاز جوش ایجاد می شود:Q=I2.R.tنقش نیرو در این نوع جوش:- کاهش مقاومت مسیر عبود جریان در نقطه ی تماس دو سطح جوش شونده با الکترودها- کمک به تمرکز عبور جریان - کمک به شکل گیری ناحیه ی جوش و در هم فرو رفتن ناحیه مذاب می باشد

اسلاید 7: انواع جوش مقاومتیشاخه های اصلی جوششاخه های فرعی جوشاتصالات روی هماتصالات سر به سرنقطه جوشspot weldingپرس جوشprojection weldingدرز جوشseam weldingجوش جرقه ایflash weldingجوش سر به سرupset weldingجوش تصادمیpercussion weldingلحیم کاریbrazingبرشpartingفورجforging

اسلاید 8: نقطه جوشنقطه جوش متداول ترین کاربرد جوش روی هم می باشد.در این نوع جوش،عملیات جوشکاری به کمک الکترودهایی با اشکال مختلف انجام می شود که به هنگام جوش،لزوما ثابت (بدون حرکت) نگهداشته می شوند.

اسلاید 9: پرس جوشدراین نوع جوش،با ایجاد برجستگی هایی روی یک یا هر دو قطعه کار،مسیر جریان در برجستگی ها متمرکز میشود.این امرامکان استفاده از الکترودهای تخت را فراهم می کند

اسلاید 10: مزایای روش پرس جوش نسبت به جوش نقطه ایسهولت استفاده بالانس حرارتی در ترکیباتی از ورق ها که جوشکاری آنها مشکل می باشد.ایجاد جوش یکنواخت تر.امکان ایجاد چندین جوش به صورت همزمان.عمر طولانی تر الکترودها.جوش ها می توانند بسیار نزدیک به هم باشند.قطعات جوش خورده ظاهر بهتری دارند.قابلیت جوشکاری برخی نقاط خاص وجود دارد.

اسلاید 11: معایب روش پرس جوش نسبت به روش جوش نقطه اینیاز به دستگاه های جوش با قابلیت تامین نیروی جوش بزرگتر زیاد بودن جریان جوشانجام یک پروسه بیشتر برای ایجاد زائده ها

اسلاید 12: درز جوشدرز جوش کاملا شبیه نقطه جوش است.اما در این نوع جوش الکترود ها به هنگام جوش در حال چرخش هستند که نتیجه ی آن ایجاد نقاط جوش کاملا پیوسته است به طوریکه به شکل یک نوار جوش به نظر می رسند.- نسبت به روش جوشکاری لیزر، در این روش فولادهای پوشش دار قابلیت جوشکاری بالاتری دارند زیرا امکان فرار مواد پوشش به دلیل اعمال فشار بالا در منطقه جوش، حداقل است.- سختی جوش مقاومتی نواری که با هوا خنک می شود کمتر از سختی جوش حاصل از روش لیزر است.

اسلاید 13: درز-نقطه جوشدر روش درز جوش،می توان با قطع و وصل متناوب جریان یا ایجاد توقف در حرکت الکترود ها باعث گردید تا نقطه جوشها پیوستگی خود را از دست بدهند.در این شرایط حالت درز- نقطه جوش اتفاق می افتد.

اسلاید 14:

اسلاید 15: اتصالات سر به سراتصال سر به سر روشی است که در آن جوش در انتهای دو میله یا روی لبه های دو ورق ایجاد می شود.(یعنی دو میله به صورت سربه سر و یا دو ورق به صورت لب به لب به هم جوش داده می شوند.)در این روش الکترود ها جریان مورد نیاز را در دو عضو جوش شونده تامین می نمایند اما ممکن است برای انتقال نیروی Upset مورد استفاده قرار بگیرند یا نگیرند.اگر الکترود ها برای انتقال نیروی Upset مورد استفاده قرار گیرند،این عمل از طریق نیروی نگه دارنده الکترودها و یا فک های نگه دارنده آنها انجام میشود.در غیر این صورت نیروی Upsetتوسط نگهدارنده های محوری و یا قطعات پشتیبان اعمال می شود.

اسلاید 16: جوش جرقه ایاگر انتهای دو قطعه در مجاورت هم با یک نیروی کم در تماس باشند،هنگام اعمال جریان بین دو قطعه جرقه به وجود می آید.اگر این جرقه ها ادامه یابند، سطوح مجاور دو قطعه از هم فاصله می گیرند و لازم است یکی از قطعات (سطوح)به سمت دیگری حرکت کند تا همل جرقه زدن ادامه پیدا کند.در این شرایط ، به علت تداوم وجود جرقه بین دو سطح، انتهای دو قطعه به نقطه ذوب (جوش خوردن) می رسد و اگر در این زمان یکی نیروی ناگهانی و کافی اعمال شود، جوش تکمیل می شود.

اسلاید 17: جوش سر به سراگر دو قطعه (دو میله)از دو انتها به کمک قالبها یا الکترود هایی در کنار هم در تماس نگه داشته شوند و بطور همزمان جریان و نیرو اعمال شوند، اتصال حاصله جوش Upset خواهد بود.

اسلاید 18: جوش تصادمی این نوع جوش گرچه به لحاظ تکنیکی جوش مقاومتی نیست(چون در این روش حرارت به کمک خاصیت مقاومتی قطعات تولید نمی شود)ولی معمولا در خانواده جوش مقاومتی در نظر گرفته میشود.در این روش از طریق قوس الکتریکی که توسط الکترودهای جرقه زن مناسب دو قطعه کار ایجاد میشوند حرارت مورد نیازجوش تامین میشود.در این روش عمل شکل گیری جوش همزمان با همپوشانی نواحی سطوح مجاور انجام می شود.حرارت از طریق یک قوس و به کمک تخلیه سریع انرژی الکتریکی ذخیره شده حاصل می گردد.به همراه آن نیرو به صورت تصادمی در طول زمان تخلیه الکتریکی و یا بلا فاصله بعد از آن ،اعمال می شود.

اسلاید 19: فرآیند جوش مقاومتی

اسلاید 20: اساس عملکردتولید گرما در یک نقطه جوش به سه فاکتور بستگی دارد:شدت جریان الکتریکیمقاومتی سطوح مدت زمان عبور جریان الکتریکیاین عوامل از طریق رابطه Q=I2*R*t با یکدیگر در ارتباط هستند که در آن:گرماQ=شدت جریان الکتریکیI=زمان جوشt=مقاومت سطوح قطعه کارR=بنابراین با توجه به درجه ی ترم جریان می بینیم که جریان مهمترین پارامتر در تولید گرما است.برای تامین جریان الکتریسیته مناسب، از ترانسفورماتور استفاده میشود.

اسلاید 21: جریان جوش باید برای مدت معینی از محل جوش عبور کند.جهت تنظیم زمان جوش از یک سیستم کنترل که مجموعه ای از سیستمهای قدرت و فرمان است، استفاده میشود.جهت اعمال نیرو به محل تماس قطعات، از یک سیلندر نیوماتیک استفاده میشود.پس از اجرای کامل سیکل جوش عدسی جوش(ناگت) تشکیل می شود.

اسلاید 22: نمودار گرادیان دما

اسلاید 23: پارامتر های موثر بر جوش مقاومتیشکل زیر نمودار گرادیان دما را برای یک نقطه جوش نشان می دهد.از آنجایی که جوش در ناحیه 4 اتفاق می افتد، مقاومت 4 باید بزرگترین مقاومت مسیر باشد و باید تلاش شود سایر مقاومت ها تا آنجا که ممکن است کاهش یابد.

اسلاید 24: پارامتر های موثر بر جوش مقاومتیدر تشکیل یک نقطه جوش به طور عمده پارامتر های زیر نقش اساسی ایفا می کنند:1-الکترود ها2- سطوح تماس3-خواص قطعه کار4- زمان جوش5- نیروی جوش6- اثر توازی7- چند مرحله ای کردن جوشدر ادامه به شرح هر یک از عوامل فوق پرداخته می شود.در تمامی این موارد می توان همراه با نمودار گرادیان توجیه کرد.

اسلاید 25: قابلیت هدایت الکتریکی بالا(مقاومت الکتریکی کوچک) داشته باشد تا حرارت داخلی تولید شده حداقل باشد.قابلیت هدایت گرمایی بالا داشته باشد تا حرارت تولید شده در ناحیه 2 و 6 به سرعت پراکنده شود.آلياژهاي الكترود مس ـ كروم، مس ـ كادميم و يا برليم ـ كبالت ـ مس مي باشد. اين آلياژها داراي سختي بالا و نقطه آنيل شدن بالايي هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتي نرم نشوند، به منظور مقاومت در برابر تغییر شکل های ناشی از نیرو های بزرگ، استحکام مکانیکی مناسب داشته باشد.1-الکترودها

اسلاید 26: 2-سطوح تماس(ناحیه 2 و 6)مقاومت الکتریکی سطوح تماس باید در پایین ترین حد ممکن باشد.برای این کار:سطوح قطعه کار صاف و تمیز باشد.اگر سطوح کثیف، زبر و یا ناهموار باشند، دما در این نقاط تا نزدیکی دمای ناحیه جوش(ناحیه 4)افزایش می یابد که نتیجه آن می تواند اثر جرقه روی سطوح، چسبیدن الکترودها و فرو رفتگی جوش باشد.کنترل نیروی الکترود ها با افزایش نیروی الکترود ها،سطح تماس دو فلز در نقطه اعمال نیرو افزایش می یابد و افزایش سطح تماس منجر به کاهش مقاومت الکتریکی در نقطه تماس می شود.البته باید توجه داشت که افزایش نیروی الکترود، همچنین باعث کاهش مقاومت ناحیه 4 می شودکه مطلوب نیست و بنابراین افزایش نیروی الکترود ها را نمی توان با صورت بی رویه ادامه داد.

اسلاید 27: 3-خواص قطعه کاردر نمودار گرادیان دما فرض بر یکسان بودن الکترودها ، مساوری بودن ضخامت ورقها و مشابه بودن جنس آنها می باشد.اگر این نسبت تغییر کند،نمودار گرادیان دما دیگر متقارن نخواهد بود.به عنوان مثال: اگر ورق بالایی فولاد ضد زنگ و ورق پایینی فولاد کم کربن باشد، مقاومت الکتریکی و در نتیجه درجه حرارت تولید شده در ناحیه 3 افزایش می یابد که نهایتا منجر به افزایش پیشروی عدسی جوش در ورق بالایی می شود.به همین ترتیب اگر سطوح تماس الکترودها مساوی نباشد و یا قابلیت هدایت الکترود ها و نیز ضخامت ورقها یکسان نباشد، تقارن نمودار گردیان دما و به تبع آن یکنواختی عدسی جوش تغییر می نماید.

اسلاید 28: 4-زمان جوشدر صورت ادامه زمان جوش، دمای ناحیه 4 از نقطه جوش بالاتر می رود و باعث پیدایش حبابهای گاز در این ناحیه می شود که در نتیجه، موجب انفجار و پاشیدن ذرات فلز و یا ایجاد جرقه می گردد.ادامه عبور جریان باعث می شود عدسی جوش به سمت سطح الکترودها رشد کند و ناحیه 3 و 5به محدوده پلاستیک وارد شوند که نتیجه آن آسیب شدید الکترودها و خرابی سطح جوش می باشد.طبق رابطه، تولید حرارت تابعی از زمان و جریان می باشد.بنابراین می توان برای تنظیم حرارت تولیدی، مقدار جریان یا طول زمان جوش را تغییر داد.

اسلاید 29: باید توجه داشت که نمی توان در قبال افزایش جریان، زمان را خیلی کوتاه کرد، اولین اثر افزایش بی رویه جریان این است که تولید حرارت سریع در سطوح تماس، باعث تولید جرقه، فرو رفتگی و سوختگی سطوح مخصوصا سطوح الکترودها می شود.همچنین کاهش شدید زمان جوش مانع از گسترش حوضچه مذاب و ایجاد عدسی می گردد.پس از توقف عبور جریان و قطع تولید حرارت، قطعات شروع به خنک شدن می کنند و دمای نقطه ی جوش از طریق سطوح 2و 6 به الکترودها که با آب خنک میشوند می رسد.ضروری است که تا اعمال نیرو توسط الکترودها به نقطه جوش برای مدت کوتاهی پس از قطع جریان ادامه یابد.زیرا قطع نیروی الکترودها در هنگامی که جوش هنوز در حالت خمیری یا مذاب است، باعث کاهش کیفیت جوش می شود.

اسلاید 30: 5-نیروی جوشبرای یک الکترود با شکل هندسی معلوم و با توجه به شرایط سطح تماس قطعه کار، مقاومت الکتریکی سطوح تماس با نیروی الکترود نسبت معکوس دارد.در صورت افزایش نیرو سطح تماس افزایش می یابد و در نتیجه چگالی جریان الکتریکی کاهش یافته به این ترتیب افزایش نیروی الکترود موجب کاهش حرارت ایجاد شده در سطوح تماس می گردد.میزان نیرو در حدی مطلوب است که :مقاومت ناحیه 4 در حد نیاز باقی بماند.مقاومت نواحی 2 و 6 تا حد امکان کاهش یابد.مقدار نیرو برای درهم فرو بردن نواحی مذاب روی ورقها کافی باشد.

اسلاید 31: 6-اثر توازیاگر یک نقطه جوش در نزدیکی نقطه جوش دیگر ایجاد شود، در این صورت این دو نقطه مانند دو مقاومت موازی عمل می کنند.طبق قانون اهم در این حالت جریان از دو مسیر و متناسب با عکس هر یک از مقاومت ها عبور می کند.با توجه به کاهش مقاومت در نقطه جوش اول، بیشتر جریان از آن نقطه می گذرد و جریان مناسب و مطلوب از نقطه جوش دوم نمی گذرد.در تصویرچگونگی اثر توازی نمایش داده می شود.اگر مسیر AB طولانی باشد، مقاومت آن نسبت به مقاومت نقطه Bبالاتر خواهد بود و اثر آن قابل صرف نظر کردن است.ولی اگر مسیر AB کوتاه باشد بخش قابل توجهی از جریان به صورت موازی از آن عبور می کند.

اسلاید 32: عوامل مؤثر بر استحکام جوشقطر عدسی جوشنفوذ مذابسختی نقطه جوشساختار مولکولی نقطه جوشعدم پیوستگی داخلی عیوب خارجی

اسلاید 33: بررسی کیفی جوشالف)آزمون های کیفیت جوش:آزمون کشش- برشآزمون کششآزمون ضربهآزمون پیچشآزمون خستگیآزمون غیر مخرب و آزمون مخرب ب)بررسی ظاهری کیفیت جوش:

اسلاید 34:

اسلاید 35: ایرادات استحکامی نقاط جوش:1-عدم وجود هسته جوشSticked…STچسبیده بودن ورقها به یکدیگر2-قطر کم یا نامناسب هستهجوشImpair diameterقطر هسته نقطه جوش باید طبق استاندارد برای ضخامت های مبنای کوچکتر یا مساوی 1/2بیشتر از 6 میلیمتر و برای ضخامت های مبنای بزرگتر ا ز1/2بیشتر از 8 میلیمتر باشد.لازم به ذکر است که برای موقعیت های 2 ورقی مبنا ورق با ضخامت کمتر می باشد و برای موقعیت های 3 ورقی مبنا ورق میانی می باشد.

اسلاید 36: ایرادات استحکامی نقاط جوش:3-کسری نقطه جوشmissعدم وجود نقطه جوش در مقایسه با آنچه در تصویر پروسه تولید نشانداده شده است.

اسلاید 37: ایرادات استحکامی نقاط جوش:4- لبه خوردگی شدیدSecant that haveImpair diameter…SciIf d<=1/3 D…SEIf 1/3<d<2/3 D…SCIf d>= 2/3 D…SCIلبه خوردگی که باعث کاهش قطر هسته جوش میشود.

اسلاید 38: ایرادات موقعیت نامناسب نقاط جوش:1- Bad position…BPموقعیت نامناسب2-Secant…SCلبه خوردگی زیاد

اسلاید 39:

اسلاید 40: کلاس بندی جوش مقاومتیجوش کلاس A:دارای بهترین خواص مکانیکی نسبت به دیگر کلاس ها می باشد.در بدنه ی اتومبیل، جوش نقاط ایمنی باید در کلاس Aقرار داشته باشد.جوش بقیه نقاط نیز بهتر است در کلاس Aباشد.پارامترها در این کلاس به گونه ای است که جریان جوش و نیروی الکترودها زیاد و زمان جوش کوتاه می باشد.

اسلاید 41: کلاس بندی جوش مقاومتی:جوش کلاس B:دارای خواص مکانیکی پایین تری نسبت به کلاس Aمی باشد.در بدنه سازی اتومبیل، جوش نقاط غیر ایمنی باید حداقل در کلاسBقرار داشته باشد.پارامتر ها در این کلاس به گونه ای است که جریان جوش و نیروی الکترود ها کمتر و زمان جوش طولانی تر خواهد بود.

اسلاید 42: کلاس بندی جوش مقاومتیجوش کلاس C:دارای پایینترین خواص مکانیکی در بین کلاس های جوش مقاومتی است .از تنظیمات مربوط به این کلاس در بدنه سازی اتومبیل استفاده نمی شود.ولی در صنایع دیگری مثل تولید لوازم خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.پارامتر های در این کلاس در مقایسه با کلاس B،به گونه ای است که جریان جوش و نیروی الکترودها کمتر و زمان جوش طولانی تر خواهد بود.

اسلاید 43: تنظیم پارمترهای جوش مقاومتی:با توجه به نوع جوش مورد نظر(نقطه جوش، پرس جوش، درز جوش و ...)و با مراجعه با استاندارد های مختلف می توان پارامتر های مناسب برای ایجاد جوش با کیفیت دلخواه را استخراج نمود.در جداول موجود در استانداردها، مقادیر مربوط به زمان جوش بر حسب تعداد سیکل ،جریان جوش بر حسب کیلو آمپر(KA)و نیروی جوش بر حسب دکانیوتن(daN)یا کیلو گرم فورس(Kgf)ارائه شده است.برخی از استاندارد های مرتبط عبارتند از:RWMA(Resistance Welder Manufacturers Association)ASM(American Society for Metal)AWS(American Welding Society)PSA,Renault,SUZUKI &…

اسلاید 44: ضخامت ورق مبنابه منظور استخراج پارامتر های جوش، ابتدا باید ضخامت ورق مبنا را معین کرد.تقریبا در تمامی استانداردهای ضخامتی ورق مبنا تعریف مشابهی دارد.در جوش های دو ورقی ضخامت ورق مبنا برابر با ضخامت ورق نازکتر می باشد.در جوش های سه ورقی ضخامت مبنا برابر با ضخامتی میانی می باشد.با توجه به تنوع جداول موجود و نزدیک بودن مقادیر مندر در آنها و نیز عنایت به گستردگی کاربرد جوش مقاومتی،در ادامه استاندارد PSAمعرفی می شود.

اسلاید 45:

اسلاید 46:

اسلاید 47: دستگاه جوش مقاومتییک دستگاه جوشکاری مقاومتی از سه قسمت اصلی تشکیل می شود:(1) یک مدار الکتریکی با یک ترانسفورماتور و یک رگولاتور جریان و یک مدار ثانویه که شامل الکترودهاست که جریان الکتریکی را به قطعه کار منتقل می کنند.(2) یک سیستم مکانیکی شامل فریم دستگاه و قسمت های مربوط به نگهداری و اعمال نیروی جوشکاری.(3) ابزار کنترل (وسایل زمان سنجی) برای شروع جریان و مدت اعمال جریان. این ابزار ممکن است مقدار جریان، همچنین توالی و ترتیب اعمال آن و سایر زمان های سیکل جوشکاری را کنترل کنند.

اسلاید 48: مشخصات فنی سیلندر پنوماتیکروش هاي مختلفي براي اعمال فشار پيش بيني شده است كه دو سيستم آن معمول تر است:الف) سيستم مكانيكي همراه با پدال، فنر و چند اهرمب) سيستم هواي فشرده با درجه هاي اتوماتيك مخصوص كه در زمان هاي معين هواي فشرده وارد سيستم مي شود. اين فشار و زمان قابل تنظيم و كنترل است.نیروی جک در فشار 6 بار بر حسب kgFاستاندارد های مربوطهIso 669ISO 7285ISO 6210

اسلاید 49: دستگاه های جوشکاری از نظر الکتریکی به دو گروه تقسیم بندی می شوند: انرژی مستقیم و انرژی ذخیره کننده:اصول دستگاه انرژی ذخیره کننده، جمع کردن و ذخیره کردن انرژی الکتریکی و سپس دشارژ آن به منظورایجاد جوش است. انرژی معمولاً در خازن ها ذخیره می شود. معمولاً برق تك فاز برای این نوع دستگاه ها استفاده می شود.دستگاه های انرژی مستقیم نیز با وصل همزمان انرژی، تبدیل ولتاژ و جریان به مقدار دلخواه و اعمال آن روی مدار الکترود ها و قطعات عمل جوش را انجام می دهند.

اسلاید 50: ملاحظات ترانسفورمرولتاژ اولیه نامی بر حسب ولتولتاژ ثانویه نامی در حالت مدار باز توانجریان پیوسته ثانویه دبی آب خنک کاری بر حسب لیتر بر دقیقهافت فشار آب خنک کاری بر حسب Barوزنکلاس حرارتیIso 669ISO 5826

اسلاید 51: ملاحظات انتخاب دستگاه های جوشملاحظات فنی(نوع جوش و نوع دستگاه)هندسه محل جوش(جیگ، کلمپ و ...)جریان جوش(بر اساس جداول)نیروی جوش(بر اساس جداول)ملاحظات اقتصادی(هزینه خرید، راه اندازی، نگهداری و قطعات یدکی)

اسلاید 52:

اسلاید 53:

اسلاید 54: موارد ایمنیاپراتورجوش قبل از شروع به کار باید وسایل زیر را فراهم و استفاده کند:دستکشعینک محافظروپوش و روکشدر بعضی موارد ماسکسایر موارد مطابق عکس ...

اسلاید 55: پایان از شما متشکرم