جوش نقطه ای: چیست و چگونه کار می کند

جوش نقطه ای چیست؟

جوش نقطه ای یک است فرآیند جوشکاری مقاومتی که دو یا چند ورق فلزی را با اعمال گرما و فشار در نقاط موضعی به هم می پیوندد. گرما از طریق عبور جریان الکتریکی بالا از فلز در نقطه تماس ایجاد می شود و باعث ذوب شدن مواد و ذوب شدن آنها می شود. کل فرآیند معمولا طول می کشد بین 0.01 تا 0.63 ثانیه در هر جوش ، آن را به یکی از سریع ترین روش های اتصال موجود در تولید تبدیل می کند.

برخلاف جوشکاری قوس الکتریکی یا MIG، جوش نقطه ای به هیچ ماده پرکننده نیاز ندارد و جوش های تمیز و ثابت با حداقل اعوجاج به فلز اطراف ایجاد می کند. این به طور گسترده در صنایعی استفاده می شود که ورق های فلزی با گیج نازک نیاز به اتصال سریع و مطمئن دارند، از پانل های بدنه خودرو گرفته تا مونتاژ بسته باتری.

جوش نقطه ای چگونه کار می کند؟

فرآیند جوشکاری نقطه ای بر سه اصل فیزیکی اصلی متکی است: مقاومت الکتریکی، تولید گرما و فشار اعمالی. در اینجا یک تفکیک گام به گام از نحوه عملکرد آن آورده شده است:

1. قطعات کار (معمولاً دو ورق فلزی روی هم قرار گرفته اند) بین دو الکترود آلیاژ مس قرار می گیرند.
2. الکترودها به سمت پایین فشار می آورند و ورق ها را تحت نیروی کنترل شده محکم به هم می بندند.
3. یک جریان الکتریکی زیاد - به طور معمول 1000 تا 100000 آمپر - از طریق الکترودها و به فلز عبور داده می شود.
4. مقاومت الکتریکی در رابط تماس، گرمای متمرکز ایجاد می کند و قطعه کوچکی از فلز را بین ورق ها ذوب می کند.
5. جریان قطع می شود و الکترودها همچنان فشار را حفظ می کنند در حالی که قطعه مذاب به یک جوش قوی جامد می شود.
6. الکترودها جمع می شوند و این فرآیند می تواند در مکان بعدی تکرار شود.

اندازه و قدرت هر قطعه جوش به شدت جریان، نیروی الکترود، زمان جوش و هندسه نوک الکترود بستگی دارد. یک قطعه جوش درست شده در فولاد استاندارد خودرو معمولا اندازه گیری می شود قطر 4 تا 8 میلی متر .

اجزای کلیدی دستگاه جوش نقطه ای

درک اجزای اصلی به اپراتورها کمک می کند تا دستگاه را برای مواد و کاربردهای مختلف راه اندازی، نگهداری و بهینه کنند.

در جوشکارهای نقطه‌ای که با پدال کار می‌کنند، پدال پایی نزول الکترود را کنترل می‌کند و چرخه جوش را آغاز می‌کند و هر دو دست را آزاد می‌کند تا قطعه کار را با دقت قرار دهند. این یک مزیت ارگونومیک و دقت قابل توجه در محیط های مونتاژ دستی یا با ترکیب بالا است.

انواع دستگاه جوش نقطه ای

دستگاه‌های جوش نقطه‌ای در چندین پیکربندی وجود دارند که هر کدام برای حجم‌های تولید، اندازه‌های قطعه کار و نیازهای اپراتور مناسب هستند.

جوشکارهای رومیزی نقطه ای

ماشین های جمع و جور که برای کارهای با حجم کم تا متوسط طراحی شده اند. آنها معمولاً در تعمیرگاه ها، تولید لوازم الکترونیکی و عملیات ساخت کوچک استفاده می شوند. ظرفیت جوش معمولاً مواد تا 2 میلی متر در ضخامت ورق .

دستگاه های جوش نقطه ای با پدال

این ماشین ها از یک پدال پا برای راه اندازی بازوی الکترود و شروع چرخه جوش استفاده می کنند. دست های اپراتور برای نگه داشتن و قرار دادن قطعه کار آزاد می مانند که دقت و تکرارپذیری را بهبود می بخشد. این دستگاه جوش نقطه ای پدال DN نمونه ای نماینده از این دسته است که خروجی ترانسفورماتور قوی را با کنترل ارگونومیک پدال پا برای عملکرد سازگار و سازگار با اپراتور در ساخت ورق فلزی ترکیب می کند.

جوشکارهای رباتیک / خودکار نقطه ای

خطوط تولید با حجم بالا - به ویژه در تولید خودرو - به سلول های جوش نقطه ای رباتیک متکی هستند. یک ایستگاه جوش نقطه ای رباتیک تک می تواند تکمیل شود 400 تا 600 جوش در ساعت ، آن را برای مونتاژ بدنه در سفید ضروری می کند.

جوشکار نقطه ای قابل حمل / تفنگی

تفنگ های جوشکاری دستی که به اپراتورها اجازه می دهد به نقاط جوش در هندسه های تنگ یا نامنظم برسند، که اغلب در تعمیر بدنه خودرو و ساخت تهویه مطبوع استفاده می شود.

مواد مناسب برای جوشکاری نقطه ای

جوش نقطه ای بیشترین تاثیر را روی آن دارد فولاد کم کربن و فولاد گالوانیزه که مقاومت الکتریکی و جوش پذیری خوبی دارند. با این حال، با تنظیمات مناسب ماشین و انتخاب الکترود، می توان طیف وسیعی از فلزات را به هم متصل کرد.

• فولاد کم کربن (خفیف) - رایج ترین و ساده ترین جوش است
• فولاد گالوانیزه - به دلیل رسانایی پوشش روی به جریان بالاتری نیاز دارد
• فولاد ضد زنگ - قابل جوش است اما برای جلوگیری از ایجاد حساسیت نیاز به کنترل دقیق حرارت دارد
• آلومینیوم - به دلیل مقاومت کم به ماشین های اختصاصی با جریان و نیروی بسیار بالاتر نیاز دارد
• آلیاژهای مس - چالش برانگیز به دلیل رسانایی بسیار بالا. الکترودهای تخصصی مورد نیاز است
• نوارهای نیکل - به طور گسترده در بسته باتری (سلول 18650/21700) جوش داده شده

ضخامت مواد یک محدودیت حیاتی است. اکثر جوشکاران دستی و رومیزی نقطه ای ترکیبی از ورق ها را مدیریت می کنند 0.5 میلی متر تا 3 میلی متر در هر لایه . فراتر از این محدوده معمولاً مستلزم ارتقاء به ترانسفورماتور با kVA بالاتر یا تغییر به فرآیند جوشکاری برجستگی یا درز است.

پارامترهای جوش نقطه ای و نحوه تنظیم آنها

چهار پارامتر به طور مستقیم کیفیت جوش را کنترل می کنند. تنظیم نادرست هر یک از آنها منجر به نقص هایی مانند اخراج (پاشیده شدن)، همجوشی ناکافی یا چسبندگی الکترود می شود.

جریان جوشکاری

جریان بالاتر گرمای بیشتری تولید می کند. برای ورق های فولادی 1 میلی متری، جریان تقریباً 8000-10000 A معمولی است. آلومینیوم 2 تا 3 برابر بیشتر از فولاد با همان ضخامت جریان دارد.

زمان جوش

اندازه گیری در چرخه (1 چرخه = 1/50 یا 1/60 ثانیه بسته به فرکانس شبکه). برای خودروهای نازک ورق فولادی، زمان جوش 8 تا 20 سیکل استاندارد هستند. زمان‌های طولانی‌تر گرمای ورودی را افزایش می‌دهد، اما اگر جریان بر اساس آن کاهش پیدا نکند، خطر دفع می‌شود.

نیروی الکترود

نیروی کافی تماس الکتریکی خوبی را تضمین می کند و خروج را سرکوب می کند. نیروی ناکافی باعث ایجاد قوس و سوزش سطحی می شود. یک دستورالعمل کلی است 1500-2500 نیوتن برای فولاد استاندارد 1-2 میلی متر.

هندسه نوک الکترود

نوک صورت صاف یک قطعه بزرگتر و کم عمق تر ایجاد می کند. نوک های صورت گنبدی گرما را متمرکز می کنند. نکات باید به طور منظم پوشیده شوند - معمولاً هر کدام 50-200 جوش - برای حفظ سطح تماس و کیفیت جوش ثابت.

مزایا و محدودیت های جوش نقطه ای

مزایا

• سرعت بالا - جوش‌های جداگانه در میلی‌ثانیه کامل می‌شوند و توان عملیاتی صدها قطعه در ساعت را ممکن می‌سازند
• بدون مواد پرکننده - هزینه های مصرفی را کاهش می دهد و نیاز به مدیریت سیم یا میله را از بین می برد
• اعوجاج کم - حرارت ورودی موضعی تاب برداشتن مواد اطراف را به حداقل می رساند
• به راحتی خودکار - با بازوهای رباتیک و خطوط تولید با کنترل PLC ادغام می شود
• کیفیت ثابت - پس از تنظیم پارامترها، تغییرات جوش به جوش بسیار کم است
• نیاز به مهارت اپراتور کم - به ویژه برای مدل های پدالی و نیمکتی

محدودیت ها

• محدود به مفاصل دامان - برای مفاصل لب به لب یا هندسه های پیچیده مفصلی بدون سازگاری با فرآیند مناسب نیست
• محدوده ضخامت مواد محدود بدون ارتقاء دستگاه
• سایش الکترود هزینه های عملیاتی را در طول زمان افزایش می دهد
• اعمال بر روی فلزات بسیار رسانا مانند مس و آلومینیوم بدون تجهیزات تخصصی دشوار است
• بازرسی کیفیت جوش نیاز به آزمایش مخرب (تست لایه برداری) یا NDT اولتراسونیک دارد - بازرسی بصری به تنهایی کافی نیست

کاربردهای رایج جوش نقطه ای

جوش نقطه ای در طیف وسیعی از صنایع در جایی که ورق های فلزی نازک باید به سرعت و تمیز به هم وصل شوند استفاده می شود.

جوش نقطه ای در مقابل سایر روش های اتصال

انتخاب فرآیند اتصال مناسب به نوع مواد، طراحی اتصال، حجم تولید و الزامات کیفیت بستگی دارد. جدول زیر جوش نقطه ای را با جایگزین های رایج مقایسه می کند.

برای تولید ورق فلزی با حجم بالا، جوش نقطه ای بهترین تعادل سرعت، هزینه و قوام جوش را ارائه می دهد در میان همه گزینه های پیوستن

نکاتی برای نتایج بهتر جوشکاری نقطه ای

• سطح قطعه کار را تمیز کنید قبل از جوشکاری روغن، رنگ، زنگ‌زدگی سنگین یا مقیاس آسیاب ضخیم مقاومت تماس را به‌طور غیرقابل پیش‌بینی افزایش می‌دهد و باعث جوش‌های ناسازگار می‌شود.
• الکترودها را به طور منظم بپوشانید. نوک قارچی یا آلوده قطر جوش را افزایش می دهد و چگالی جریان را کاهش می دهد و قطعه را ضعیف می کند.
• نیروی گیره را بررسی کنید. فشار ناکافی باعث اخراج می شود. نیروی بیش از حد می تواند مواد نازک را ترک کند یا فرورفتگی های عمیق الکترود بر جای بگذارد.
• از خنک کننده آب استفاده کنید روی هر ماشینی که چرخه های تولید مداوم را اجرا می کند. گرمای بیش از حد عایق ترانسفورماتور را تخریب می کند و عمر الکترود را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
• آزمایش های لایه برداری مخرب را انجام دهید در شروع هر دوره تولید، اندازه قطعه جوش و قدرت کشش را قبل از تعهد به تولید کامل تأیید کنید.
• حداقل گام جوش را حفظ کنید. قرار دادن جوش ها خیلی نزدیک به هم باعث شنت می شود - جریان به جای ایجاد یک قطعه جدید، مسیر جوش قبلی را می گیرد. حداقل فاصله از 20-30 میلی متر بین جوش ها برای فولاد 1 میلی متری توصیه می شود.

سوالات متداول

Q1: چه فلزاتی را نمی توان نقطه جوش جوش داد؟

فلزات بسیار رسانا مانند مس خالص و برنج به سختی می‌توان جوش را با تجهیزات استاندارد تشخیص داد زیرا گرما را خیلی سریع دفع می‌کنند. آلیاژهای منیزیم و سرب نیز معمولاً برای جوشکاری نقطه ای مناسب نیستند.

Q2: فلز چقدر می تواند برای جوشکاری نقطه ای ضخیم باشد؟

جوشکارهای نقطه ای استاندارد دستی و پدال دار معمولاً کار می کنند 0.5 میلی متر تا 3 میلی متر در هر لایه ورق . گیج‌های سنگین‌تر به ماشین‌های با kVA بالاتر یا فرآیندهای جوشکاری جایگزین نیاز دارند.

Q3: آیا جوش نقطه ای برای کاربردهای ساختاری به اندازه کافی قوی است؟

جوش های نقطه ای از نظر برشی قوی هستند اما از نظر پوسته شدن نسبتا ضعیف هستند. برای کاربردهای سازه‌ای، جوش‌ها در آرایه‌هایی از نقاط متعدد قرار می‌گیرند و به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بارهای اتصال در برش به جای لایه‌برداری انجام شود. ساختارهای بدنه خودرو برای عملکرد تصادف کاملاً به اتصالات نقطه جوش متکی هستند.

Q4: تفاوت بین جوشکار نقطه ای پدال و جوشکار نقطه ای استاندارد چیست؟

یک جوشکار نقطه ای پدال از یک پدال پا برای کنترل بازوی الکترود و شروع چرخه جوش استفاده می کند و هر دو دست را برای نگه داشتن و قرار دادن قطعه کار آزاد می گذارد. یک جوشکار رومیزی استاندارد معمولاً برای کار با ماشه به یک دست نیاز دارد که می تواند دقت موقعیت یابی را در قطعات پیچیده کاهش دهد.

Q5: چگونه می توانم بفهمم که جوش نقطه ای خوب است؟

بازرسی بصری می تواند عیوب آشکاری مانند سوختگی سطح، علائم خروج یا جوش های از دست رفته را تشخیص دهد. برای تایید تشکیل ناگت و قدرت کشش، یک را انجام دهید تست لایه برداری مخرب - اگر قطعه به جای جدا شدن تمیز در سطح مشترک، فلز اصلی را پاره کند، جوش نیازهای مقاومتی را برآورده می کند. تست اولتراسونیک روش اولیه غیر مخرب برای بازرسی تولید است.

Q6: هر چند وقت یکبار باید الکترودهای جوش نقطه ای تعویض شوند؟

الکترودها باید هر بار پانسمان شوند (تغییر شکل). 50-200 جوش بسته به مواد و تنظیمات فعلی. تعویض کامل الکترود زمانی مورد نیاز است که نوک آن دیگر نمی تواند به قطر مناسب پوشانده شود، معمولاً پس از چندین هزار چرخه جوش.

Q7: آیا می توان از جوش نقطه ای برای آلومینیوم استفاده کرد؟

بله، اما جوشکاری نقطه‌ای آلومینیوم به ماشین‌های تخصصی با جریان خروجی بسیار بالاتر (معمولاً نیاز فولاد ۲ تا ۳×) و مواد الکترود اصلاح‌شده نیاز دارد. جوشکارهای نقطه ای فولاد استاندارد بدون تغییر برای آلومینیوم مناسب نیستند.