جوشکاری فلزات به دو شیوه جوشکاری ذوبی و جوشکاری غیرذوبی انجام میشود که هر یک از این دو نوع، خود به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. یکی از انواع جوشکاری ذوبی که در صنعت بهطور گسترده استفاده میشود و از پیشرفتهترین روشهای اتصال فلزات بهشمار میآید، جوشکاری مقاومتی الکتریکی است. این نوع جوشکاری بهدلیل دقت بالا، سرعت عمل و بهرهوری انرژی، در صنایع مختلف ازجمله خودرو، هوافضا و تولید محصولات الکترونیکی بهصورت گسترده بهکار میرود. این روش با استفاده از مقاومت الکتریکی مواد و تولید گرمای لازم در نقاط اتصال، امکان ایجاد پیوندی محکم و پایدار بین قطعات فلزی را فراهم میکند.
در این مقاله قصد داریم اطلاعات کاملی در خصوص این نوع جوشکاری، انواع روشهای جوشکاری و کاربردهای آن در صنعت ارائه دهیم. همچنین به بررسی مزایا و معایب آن پرداخته و نکات ایمنی مربوط به استفاده از این روش جوشکاری را مطرح خواهیم کرد. هدف ما ارائه یک تصویر جامع از این فناوری اساسی و تأکید بر اهمیت آن در صنعت مدرن امروز است.
جوشکاری مقاومتی چیست؟
جوشکاری که به عنوان جوشکاری با مقاومت الکتریکی (Resistance Welding یا ERW) نیز شناخته میشود، یکی از روشهای ذوبی و الکتریکی جوشکاری است که بر اساس اصول گرما، فشار و زمان عمل میکند.
جوشکاری فرایندی است که در آن گرما از طریق مقاومت ماده در برابر جریان الکتریسیته تولید میشود و سپس به وسیلهی الکترودها به قطعه کار منتقل میشود. در این روش، فشار و زمان نیز عوامل مهمی هستند که با توجه به ضخامت قطعات تنظیم میشوند و باید در طول فرایند به دقت کنترل گردند.
در این روش، فلز بهطور کامل ذوب نمیشود بلکه با انتقال جریان به بخش مورد نظر، حالتی شبیه به ذوب ایجاد شده و در نهایت با اعمال فشار، جوشکاری در نقطۀ مورد نظر صورت میگیرد.
نحوه عملکرد دستگاه های جوشکاری مقاومتی
بهطور کلی، دستگاههای بهکار رفته در جوشکاری (RW) از دو بخش الکتریکی و فشاری تشکیل شدهاند. بخش الکتریکی وظیفه تولید گرمای لازم برای فرآیند جوشکاری را دارد، در حالی که بخش فشاری وظیفه دارد دو قطعه را در نقطه مورد نظر به یکدیگر متصل کند.
اجزای اصلی دستگاه جوش مقاومتی
دستگاههای جوش مقاومتی (RW) از چندین جزء اصلی تشکیل شدهاند که هر کدام وظایف خاصی را در فرآیند جوشکاری انجام میدهند. اجزای اصلی این دستگاهها شامل موارد زیر هستند:
1. بدنه و ساختار
معمولاً شامل یک سازه است که برای قرار دادن سایر اجزای دستگاه جوش مقاومتی به کار میرود.
2. سیلند نیوماتیک یا هیدرولیک
این بخش مسئول تامین نیروی لازم برای جوشکاری است. هنگام عبور جریان و ایجاد گرما در سطح مشترک، با وارد کردن نیرو، دو قطعه کار در ناحیه ذوب به هم متصل میشوند.
3. ترانسفورمر
میتوان گفت که ترانسفورمر نقش حیاتی و بسیار مؤثری در جوشکاری الکتریکی ایفا میکند. این دستگاه شامل دو ردیف سیمپیچ است که با استفاده از یک نسبت تبدیل معین، ولتاژ ورودی را کاهش داده و به این ترتیب جریان لازم برای تولید حرارت را افزایش میدهد.
4. سیستم انتقال نیرو و جریان
با استفاده از اجزای انتقال، نیرو که توسط جک تولید شده به محل هدف منتقل میشود و همچنین با به کارگیری کابلهای مناسب، جریان الکتریکی تولید شده توسط ترانسفورماتور به قطعه کار انتقال مییابد.
5. سیستم کنترل
در یک سیستم کنترلی، پارامترهای تأثیرگذار بر جوش مقاومتی مانند فرایند جوشکاری، مقدار جریان، مدت زمان اعمال جریان، مدت زمان اعمال نیرو و زمان مورد نیاز برای خنککاری به دقت مدیریت و تنظیم میشود.
نیروی فشار مورد نیاز برای جوشکاری RW میتواند از طریق یکی از روشهای زیر تأمین شود:
- دستی: با استفاده از نیروی فیزیکی شخصی
- هیدرولیک: با استفاده از فشار مایعات
- پنوماتیک: با استفاده از فشار هوا
- هیدروپنوماتیک: با استفاده از ترکیب فشار مایعات و هوا
در واقع، این فشار باعث میشود که لبههای قطعه به هم فشرده شده و مانع ورود هوا به مذاب شده و از ریختن ذوب جلوگیری میکند. همچنین، فشار در روش جوشکاری تا زمانی که قطعه به مرحله انجماد برسد، ادامه مییابد.
تکنیکهای گوناگون جوشکاری مقاومتی
جوشکاری مقاومتی، که به اختصار RW نیز شناخته میشود، شامل روشهای مختلفی است که هر یک در شرایط خاص خود کاربرد دارند. در ادامه، به معرفی و توضیح مختصر هر یک از این روشها خواهیم پرداخت:
جوشکاری مقاومتی-نقطه ای
این روش یکی از روشهای قدیمی جوشکاری است که در آن، نقاطی از سطوح که به هم چسبیدهاند از طریق حرارت به هم متصل میشوند. این گرما از طریق عبور جریان الکتریکی میان الکترود و قطعه کار تأمین میشود. همچنین، الکترودها با اعمال فشار معین، سطوح را به یکدیگر نزدیک میکنند. در این روش معمولاً از دو الکترود مسی برای انجام عملیات جوشکاری استفاده میشود.
در روش جوشکاری نقطهای، دما مورد نیاز با استفاده از فرمول زیر محاسبه میشود.
Q=KRI2t
«I = شدت جریان»: «I» نشاندهنده میزان جریان الکتریکی است.
«R = مقاومت»: «R» میزان مقاومت الکتریکی را نشان میدهد.
«t = زمان»: «t» مدت زمان را نشان میدهد.
«Q = حرارت»: «Q» میزان انرژی گرمایی تولید شده را نشان میدهد.
شدت جریان و زمان در دستگاه جوشکاری قابل تنظیم است؛ اما مقاومت الکتریکی به عوامل متعددی وابسته است. از جمله این عوامل میتوان به جنس و ضخامت قطعه کار، فشار اعمال شده بر الکترودها، اندازه و شکل الکترودها و همچنین وضعیت سطح کار، یعنی میزان صافی و تمیزی آن، اشاره کرد.
جوشکاری مقاومتی-درزی یا نواری
جوشکاری درزی، یکی از روشهای جوشکاری است که در آن بهجای تولید نقاط جوش، نوار پیوستهای از همپوشانی ایجاد میشود. به عبارت دیگر، در این روش از جوشکاری RW، بهجای ایجاد جوشهای نقطهای، یک نوار جوش پیوسته بهوجود میآید.
در جوشکاری مقاومتی-درزی، مانند جوشکاری نقطهای، معمولاً از دو الکترود مسی استفاده میشود. نکته قابل توجه این است که الکترودها در جوشکاری مقاومتی-درزی بهصورت دیسکی طراحی شدهاند. این طراحی باعث میشود که الکترودها بهطور کامل تمام سطح و اطراف قطعه را پوشش دهند و در نهایت نوار جوش یکنواختی را ارائه دهند.
جوشکاری مقاومتی-سر به سر
جوشکاری سربهسر یا جوشکاری-لببهلب، یکی از روشهای جوشکاری است. در این فرآیند، ابتدا نیرو توسط جوشکار به سطوح وارد میشود تا باعث تغییر فرم و فرو رفتن آنها به یکدیگر شود. سپس جریان الکتریکی بین دو قطعه برقرار میشود که منجر به ایجاد اتصال در حالت جامد میگردد.
به عبارتی دیگر، در روش جوشکاری سربهسر معمولاً در ناحیه اتصال ذوب ایجاد نمیشود. باید افزود که حتی اگر ذوبی در منطقه اتصال شکل بگیرد، تحت تأثیر نیروی اعمال شده به بیرون پرتاب میشود.
جوشکاری مقاومتی با فرکانس بالا
جوشکاری با فرکانس بالا، که با نام High-Frequency Resistance Welding (HFRW) نیز شناخته میشود، یک روش جوشکاری مقاومتی است که از جریان متناوب با فرکانس بالا برای تولید حرارت لازم برای ذوب سطوح استفاده میکند.
در روشهای جوشکاری با فرکانس بالا، دو روش اصلی وجود دارد:
- جوشکاری با استفاده از سیمپیچ (جوشکاری القایی با فرکانس بالا یا HFIW)
- جوشکاری با تماس الکتریکی (جوشکاری با فرکانس بالا یا HFRW)
همچنین لازم است که بدانید جوشکاری مقاومتی با فرکانس بالا معمولاً در سیمها و میلههایی با قطر کم (تقریباً تا قطر 16 میلیمتر) به کار میرود.
جوشکاری مقاومتی-فرکانس بالای القایی
این روش مشابه سایر مدلهای جوشکاری است، اما با این تفاوت که در اینجا جریان الکتریکی مستقیماً به قطعه کار وارد نمیشود. بلکه با ایجاد میدان مغناطیسی، فرکانس بالایی به قطعه القا میشود و اتصال از طریق حرارت تولید شده ناشی از مقاومت قطعه کار در برابر جریان القایی، برقرار میشود.
جوشکاری مقاومتی-جرقه ای
در این روش جوشکاری، ابتدا جرقهای میان دو قطعهای که قرار است جوش داده شوند، تولید میشود. سپس این جرقه برای مدت زمان مشخصی نگه داشته میشود تا دمای لازم برای انجام فرایند جوشکاری فراهم گردد. در این مرحله جریان برق قطع شده و جوشکاری از طریق فشرده شدن قطعات به یکدیگر انجام میشود.
در روش جوشکاری جرقهای، به علت فشار وارده، فلز ذوب شده و اکسیدها از درز جوشکاری بیرون میآیند و این امر موجب ایجاد پلیسه در کنار محل جوشکاری میشود. همچنین، لازم به ذکر است که در جوشکاری مقاومتی-جرقهای از هیچ گونه فلز پرکننده استفاده نمیشود.
مزایا جوشکاری مقاومتی
● توانایی جوش دادن فلزات با خواص مشابه و متفاوت
● سرعت بالای فرآیند جوشکاری
● بهرهوری بالا
● اقتصادی و مقرونبهصرفه
● دوستدار محیط زیست(در جوشکاری مقاومتی یا RW، تولید زباله یا آلودگی به میزان کمتری نسبت به روشهای دیگر انجام میشود.)
● عدم نیاز به افزودنیهایی مانند میله، شار، گازهای بیاثر، اکسیژن و استیلن
محدودیتهای جوشکاری مقاومتی
● به کارگیری دستگاهها و ابزارهای پیشرفته و در برخی موارد پرهزینه.
● ضرورت داشتن تخصص فنی زیاد برای استفاده از تجهیزات جوشکاری مقاومتی یا RW.
● محدودیت در ضخامت مواد برای استفاده از این روش به علت نیاز به تأمین جریان الکتریکی.
● نیاز به تأمین مقدار بالایی از انرژی الکتریکی.
● عملکرد ضعیف برای مواد با قابلیت هدایت الکتریکی زیاد.
● مقاومت کششی و دوام پایین اتصالات جوشکاری.
کاربرد جوشکاری مقاومتی
همانطور که قبلاً بیان شد، جوشکاری مقاومتی در صنعت کاربردهای فراوانی دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد:
- اتصال ورقهای بدنه خودرو به روش جوشکاری در صنعت اتومبیلسازی.
- ساخت ظروف فشار قوی.
- تولید لولههای فلزی با درز.
- کاربرد محدود در صنعت ساخت کشتی.
- کاربرد کم در صنعت تولید هواپیما.
- به کارگیری چسبهای فلزی در درمانهای دندانپزشکی.
سخن پایانی
جوشکاری مقاومتی بهخاطر مزایای مختلف و تنوع کاربردهایش، بهعنوان یکی از روشهای کلیدی اتصال در صنایع گوناگون شناخته میشود. تسلط بر این تکنیک و انتخاب نوع مناسب آن برای هر کاربرد خاص، میتواند به تولید قطعات با کیفیت عالی و اتصالاتی مستحکم منجر شود. در این مقاله، به تعریف جوشکاری مقاومتی، انواع آن، کاربردهای این روش و مزایا و معایب آن پرداختهایم. به یاد داشته باشید که انتخاب صحیح نوع جوشکاری مقاومتی و تسلط بر این تکنیک، کلید اصلی برای تولید قطعات با کیفیت بالا و اتصالاتی مطمئن است.
