Elektrické odporové svařování - Electric resistance welding

Elektrické odporové svařování (ERW) je svařování proces, při kterém jsou kovové části, které jsou v kontaktu, trvale spojeny zahřátím elektrickým proudem a roztavením kovu ve spoji. Elektrické odporové svařování je široce používáno například při výrobě ocelových trubek a při montáži karoserií pro automobily. Elektrický proud může být dodáván do elektrod, které také vyvíjejí upínací tlak, nebo mohou být indukovány vnějším magnetickým polem. Proces elektrického odporového svařování lze dále klasifikovat podle geometrie svaru a způsobu působení tlaku na spoj: například bodové svařování, švové svařování, bleskové svařování, projekční svařování. Některé faktory ovlivňující teplo nebo teploty svařování jsou proporce obrobků, kovový povlak nebo nedostatek povlaku, materiály elektrod, geometrie elektrody, lisovací síla elektrody, elektrický proud a délka doby svařování. Malé skupiny roztaveného kovu se tvoří v místě největšího elektrického odporu (spojovací nebo „faying“ povrchy) jako elektrický proud (100–100 000 A ) prochází kovem. Obecně jsou metody odporového svařování účinné a způsobují malé znečištění, ale jejich aplikace jsou omezeny na relativně tenké materiály. [1]

Bodové svařování

Bodový svářeč
Hlavní článek: Bodové svařování

Bodové svařování je metoda odporového svařování používaná ke spojování dvou nebo více překrývajících se plechů, čepů, výstupků, ramínek elektrického vedení, některých žeber výměníku tepla a některých trubek. Zdroje energie a svařovací zařízení jsou obvykle dimenzovány na konkrétní tloušťku a svařovaný materiál. Tloušťka je omezena výkonem zdroje svařovací energie a tím i rozsahem zařízení vzhledem k proudu požadovanému pro každou aplikaci. Dbá se na eliminaci kontaminujících látek mezi fayingovými povrchy. Obvykle dva měď elektrody se současně používají k sevření kovových plechů dohromady a k průchodu proudu přes plechy. Když proud prochází elektrodami na desky, generuje se teplo v důsledku vyššího elektrického odporu, kde se povrchy navzájem dotýkají. Protože elektrický odpor materiálu způsobuje hromadění tepla v obrobcích mezi měděnými elektrodami, stoupající teplota způsobuje vzrůstající odpor a má za následek, že roztavená směs obsahuje většinu času mezi elektrodami. Když se teplo rozptýlí v celém obrobku za méně než jednu sekundu (doba odporového svařování se obvykle programuje jako množství střídavých cyklů nebo milisekund), roztavený nebo plastický stav roste tak, aby vyhovoval svařovacím špičkám. Když je proud zastaven, měděné špičky ochladí bodový svar, což způsobí, že kov pod tlakem ztuhne. Vodou chlazené měděné elektrody rychle odvádějí povrchové teplo a urychlují tuhnutí kovu, protože měď je vynikající dirigent. Odporové bodové svařování obvykle využívá elektrickou energii ve formě stejnosměrný proud, střídavý proud, střední frekvence půlvlnný stejnosměrný proud nebo vysokofrekvenční půlvlnný stejnosměrný proud.

Pokud je aplikováno nadměrné teplo nebo je aplikováno příliš rychle, nebo pokud je síla mezi základními materiály příliš nízká nebo je povlak příliš silný nebo příliš vodivý, může se roztavená oblast rozšířit až na vnější stranu obrobků a uniknout zadržovací síle elektrod (často až 30 000 psi). Tento výbuch roztaveného kovu se nazývá vypuzení, a když k tomu dojde, bude kov tenčí a bude mít menší pevnost než svar bez vypuzení. Běžnou metodou kontroly kvality svaru je zkouška odlupováním. Alternativní zkouškou je omezená tahová zkouška, jejíž provádění je mnohem obtížnější a vyžaduje kalibrované vybavení. Protože oba testy mají destruktivní povahu (což má za následek ztrátu prodejného materiálu), jsou nedestruktivní metody, jako je ultrazvukové hodnocení, v různých stavech brzkého přijetí mnoha OEM.

Mezi výhody této metody patří efektivní využití energie, omezený obrobek deformace, vysoká rychlost výroby, snadné automatizace a žádné požadované výplňové materiály. Když je vysoká pevnost v stříhat je zapotřebí, místo bodového svařování se upřednostňuje nákladnější mechanické upevnění, jako je např nýtování. Zatímco pevnost ve smyku Skutečnost, že svarová místa netvoří souvislý šev, znamená, že celková pevnost je často významně nižší než u jiných metod svařování, což omezuje užitečnost procesu. To je hojně používáno v automobilový průmysl - auta mohou mít několik tisíc bodových svarů. Specializovaný proces, tzv brokové svařování, lze použít k bodovému svařování nerezová ocel.

Existují tři základní typy vazeb odporového svařování: pevné skupenství, fúze a přetavovací pájení. V pevná vazba, nazývané také termokompresní vazba, odlišné materiály s odlišnou strukturou zrna, např. molybden k wolframu, jsou spojeny pomocí velmi krátké doby ohřevu, vysoké energie svaru a vysoké síly. Taví se jen málo a minimální růst zrna, ale určité rozhraní vazby a zrna. Materiály se tedy skutečně lepí, zatímco jsou stále v pevném stavu. Spojované materiály obvykle vykazují vynikající pevnost ve smyku a v tahu, ale špatnou pevnost v odlupování. V fúzní vazbabuď se podobné nebo odlišné materiály s podobnou strukturou zrna zahřívají na teplotu tání (kapalný stav) obou. Následné ochlazení a kombinace materiálů tvoří „nugetovou“ slitinu dvou materiálů s větším růstem zrna. K výrobě tavných vazeb se obvykle používají vysoké energie svaru při krátké nebo dlouhé době svaru, v závislosti na fyzikálních vlastnostech. Lepené materiály obvykle vykazují vynikající pevnost v tahu, odlupování a střihu. V reflow pájecí vazba, odporové zahřívání nízkoteplotního pájecího materiálu, jako je zlato nebo pájka, se používá ke spojení buď odlišných materiálů, nebo široce rozmanitých kombinací tlustého / tenkého materiálu. Pájecí materiál musí „navlhčit“ každou část a mít nižší bod tání než oba obrobky. Výsledná vazba má určitá rozhraní s minimálním růstem zrna. Proces obvykle vyžaduje delší (2 až 100 ms) dobu ohřevu při nízké energii svaru. Výsledná vazba vykazuje vynikající pevnost v tahu, ale špatnou pevnost v odlupování a střihu.

Švové svařování

„Sváření švů“ přeadresuje tady. Konfiguraci geometrického svařování viz svařovací spoj.

Odporové svařování je proces, při kterém se vytváří svar na fayingových plochách dvou podobných kovů. Šev může být tupý nebo překrývající se spoj a obvykle jde o automatizovaný proces. Liší se od bleskové svařování v tom, že bleskové svařování obvykle svařuje celý spoj najednou a svařování švů tvoří svar postupně, počínaje na jednom konci. Stejně jako bodové svařování se i švové svařování spoléhá na dvě elektrody, obvykle vyrobené z mědi, které vyvíjejí tlak a proud. Elektrody mají často tvar disku a při průchodu materiálu mezi nimi se otáčejí. To umožňuje, aby elektrody zůstaly v neustálém kontaktu s materiálem a vytvářely dlouhé souvislé svary. Elektrody se mohou také pohybovat nebo pomáhat při pohybu materiálu.

Transformátor dodává svarovému spoji energii ve formě nízkonapěťového a silnoproudého střídavého proudu. Kloub obrobku má ve srovnání se zbytkem obvodu vysoký elektrický odpor a je proudem ohříván na teplotu tání. Polotavené povrchy jsou stlačeny k sobě svařovacím tlakem, který vytváří fúzní vazbu, což vede ke stejnoměrně svařované konstrukci. Většina svarových svářečů využívá vodní chlazení skrz sestavy elektrod, transformátorů a regulátorů v důsledku generovaného tepla.

Svarové svařování vytváří extrémně odolný svar, protože spoj je kovaný v důsledku aplikovaného tepla a tlaku. Správně svařený spoj vytvořený odporovým svařováním může být snadno silnější než materiál, ze kterého je vytvořen.

Běžné použití švového svařování je při výrobě kulatých nebo obdélníkových ocelových trubek. K výrobě ocelových plechovek na nápoje se používá švové svařování, ale již se k tomu nepoužívá, protože moderní plechovky na nápoje jsou bezešvý hliník.

Existují dva režimy pro švové svařování: Přerušované a kontinuální. Při přerušovaném svařování švů se kola posouvají do požadované polohy a zastaví se, aby provedly každý svar. Tento proces pokračuje, dokud není dosaženo požadované délky svaru. Při kontinuálním svařování švů se kola i při každém svaru válí.

Nízkofrekvenční elektrické odporové svařování

Nízkofrekvenční elektrické odporové svařování, LF-ERW, je zastaralá metoda svařování švů v ropovody a plynovody. To bylo vyřazeno v roce 1970, ale od roku 2015 některé potrubí postavené pomocí této metody zůstaly v provozu.[2]

Elektricky odporově svařovaná trubka (ERW) se vyrábí tvářením za studena z ocelového plechu do válcového tvaru. Poté se mezi dvěma okraji oceli přivede proud, aby se ocel zahřála do bodu, ve kterém jsou okraje spolu tlačeny, aby vytvořily vazbu bez použití přídavného svařovacího materiálu. Zpočátku tento výrobní proces používal k ohřívání okrajů nízkofrekvenční střídavý proud. Tento nízkofrekvenční proces se používal od 20. let 20. století do roku 1970. V roce 1970 byl nízkofrekvenční proces nahrazen vysokofrekvenčním procesem ERW, který produkoval kvalitnější svar.

V průběhu času bylo zjištěno, že svary nízkofrekvenčních trubek ERW jsou náchylné k selektivní korozi švů, trhlinám háčků a nedostatečnému lepení švů, takže nízkofrekvenční ERW se již k výrobě trubek nepoužívá. Vysokofrekvenční proces se stále používá k výrobě potrubí pro použití při stavbě nových potrubí.[3]

Jiné metody

Mezi další metody ERW patří bleskové svařování odpor projekční svařování, a rozrušené svařování.[4]

Flash svařování je druh odporového svařování, který nepoužívá žádné přídavné kovy. Kusy kovu, které mají být svařeny, se oddělí v předem určené vzdálenosti na základě tloušťky materiálu, složení materiálu a požadovaného vlastnosti hotového svaru. Proud se nanese na kov a vytvoří se mezera mezi těmito dvěma kusy odpor a vyrábí oblouk potřebné k roztavení kovu. Jakmile kusy kovu dosáhnou správné teploty, jsou stlačeny k sobě, čímž je účinně spojí dohromady.[5]

Projekční svařování je modifikace bodového svařování, při které je svar lokalizován pomocí vyvýšených úseků nebo výstupků na jednom nebo obou spojovaných obrobcích. Teplo se koncentruje na výstupcích, což umožňuje svařování těžších částí nebo menší vzdálenost svarů. Výstupky mohou také sloužit jako prostředek k umisťování obrobků. Projekční svařování se často používá svarové čepy, matice a další části stroje se závitem na kovovou desku. Často se také používá ke spojování zkřížených drátů a tyčí. Jedná se o další vysoce výrobní proces a vhodným návrhem a jiggingem lze uspořádat vícenásobné projekční svary.[6]

Viz také

Reference

  1. ^ "nejlepší svářeč Tig za peníze". 30. prosince 2017.
  2. ^ Elizabeth Douglass (22. ledna 2015). „Prasklý ropovod Yellowstone byl postaven s vadným svařováním v padesátých letech Špatná bezpečnost, vady mohly přidat rizika pro potrubí, které do řeky Yellowstone vylila až 40 000 galonů ropy“. Zprávy InsideClimate. Zprávy InsideClimate. Citováno 25. ledna 2015.
  3. ^ „Informační list: Proces výroby potrubí“. primis.phmsa.dot.gov. Americké ministerstvo dopravy, správy potrubí a bezpečnosti nebezpečných materiálů. Citováno 25. ledna 2015. V průběhu času bylo zjištěno, že svary nízkofrekvenčních trubek ERW jsou náchylné k selektivní korozi švů, trhlinám háčků a nedostatečnému lepení švů, takže nízkofrekvenční ERW se již k výrobě trubek nepoužívá.
  4. ^ Weman 2003, str. 80–84.
  5. ^ Ziemian, Constance W .; Sharma, Mala M .; Whaley, Donald E. (2012). "Materiály a design". Materiály a design. 33: 175–184. doi:10.1016 / j.matdes.2011.07.026.
  6. ^ Kugler, A. N. (1977). Základy svařování. Mezinárodní školy korespondence. LCCN  77360317.

Bibliografie

  • Weman, Klas (2003), Příručka procesů svařování, CRC Press, ISBN  0-8493-1773-8.

Další čtení

  • O'Brien, R.L. (ed.) (1991). Welding Handbook Vol. 2 (8. vydání). Miami: Americká svařovací společnost. ISBN  0-87171-354-3

externí odkazy