Az alkalmazott kódjelekkel: 2 főcsoport – Ellenállás-hegesztés 21 – Ponthegesztés 211 – Egyoldali (indirekt) ponthegesztés 212 – Kétoldali (indirekt) ponthegesztés 22 – Vonalhegesztés 221 – Átlapolt vonalhegesztés 222 – Tompavarratos vonalhegesztés 225 – Fóliás topavarratos vonalhegesztés A továbbiakban terjedelmi okok miatt részletesen csak a 21. eljárással foglalkozunk. Tevékenység: Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki/tanulja meg az ellenállás-hegesztés hőforrásának jellemzőit! Tanulja meg a legfontosabb villamos jellemzőket, összefüggéseket! 1.2. Az ellenállás-hegesztés elméleti sajátosságai 1.2.1. Az ellenállás-hegesztések hőforrása A villamos ellenállás-hegesztések hőforrása a villamos árammal átjárt vezetők hatásos ellenállásán fejlődő ellenállási hő. Az áram lehet a hegesztendő darabokon közvetlenül átfolyó (pl. ponthegesztés), vagy magában a hegesztendő anyagban indukált. A Joule-Lenz-törvény értelmében a szilárd fázisú villamos vezetőt a rajta átfolyó áram a következő energiával hevíti: t i
ER
I t Rt dt 2
(1.1)
t 0
ahol: E..- a villamos ellenálláson fejődő energia J; I – az ellenálláson átfolyó áram erőssége, A; R – az ellenállás nagysága,Ω t…- hevítési idő, s. A hegesztési folyamatban szerepet játszó villamos ellenállás alapjában kétféle lehet: - vezetők belső ellenállása, - vezetők érintkezési helyén keletkező átmeneti ellenállás. A vezetők belső ellenállása: A fémek villamos ellenállása a szabadelektronok számával és mozgási lehetőségével kapcsolatos. A villamos ellenállás: R L R=ρ (1.2) A ahol: ρ – a vezető anyagának fajlagos ellenállása(Ω/mm) l – a vezető hossza, mm;
A – a vezető keresztmetszete, mm2
Átmeneti ellenállás a vezetők között. (1. táblázat)
Villamos vezetők összenyomott felületén áthaladó áram az érintkezési helyen feszültségesést okoz, vagyis a nem tökéletes érintkezés ellenállásként szerepel. Értékét táblázatokból állapítjuk meg, (lásd alábbi 1. táblázat)
1. táblázat Fajlagos ellenállás Tevékenység: Tanulja meg az ellenállás-ponthegesztés elvét, működését! 1.2.2. Az ellenállás-ponthegesztés energiaforrása Ellenállás-ponthegesztésnél a vékony lemezek átlapolt kötését hengeres elektródákon átfolyó áram segítségével hozzák létre. A rézötvözetből készült elektródákat a kN-os nagyságrendű F s elektródaerő szorítja a lemezekhez. Az összenyomás után az áramkörökben nagyon kis ideig nagy áramerősségű, kisfeszültségű áram folyik, amely az egyes ellenállásokon hőt fejleszt. Az eljárás sikere az, hogy a kívánt hegesztési helyen a hegesztéshez elégséges hőenergia fejlődjön, emellett más ellenállások túlzott mértékben ne hevüljenek fel (2. ábra). Tevékenység: Tanulmányozza a 2. és a 3. ábrát! Rajzolja le önállóan az ábrákat! Tanulja meg ellenállások nevét! Tanulja meg az R5 ellenállást meghatározó összefüggést!
A hegesztőkör villamos ellenállásai.
A 2. ábra a ponthegesztőgép szekunder körében levő ellenállásokat mutatja. Az ellenállások közül az R1, R2, R3 és R5 belső ellenállása, az R4 és R6 átmenetei ellenállás.
2. ábra. Szekunder köri ellenállások Ha a nagyon kis értékű R 1 és R 2 valamint a kis R3 ellenállásokat elhanyagoljuk, akkor a hegesztés szempontjából mértékadó R e = eredő ellenállás, a következő alakúra egyszerűsödik: R e =R5+R6 Az R5 ellenállás azzal a közelítő feltételezéssel számítható, hogy az összenyomott lemezeken csak az elektróda átmérő által meghatározott hengeres anyagtérfogaton folyik áram. ( 3. ábra) 4s R5 2 de
3. ábra Anyagellenállás a szekunder körön Feladat: Ugyanakkora méretű ponthegesztett varratot feltételezve, az alumínium vagy a Cr-Ni acél hegesztése igényel több energiát? Használja fel az 1.1. összefüggést és az 1. táblázatot! Választását indokolja! Megoldás: fajlagos ellenállás alapján Tevékenység:
Tanulmányozza a 4. ábrát! Rajzolja le önállóan az ábrákat! Elemezze az a, b és c ábrán látható változásokat! A hegesztési folyamat közben a hőmérséklet exponenciális jelleggel növekszik. Az 4. ábra szemléletesen mutatja a két ellenállás értékének hőmérsékletnövekedés okozta változási tendenciáját.
4. ábra Hőmérséklet eloszlás kétoldali ponthegesztéskor Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg az ellenállás-hegesztés hatását a felület tisztaságára! 1.2.3 Felülettisztítás Az összehegesztendő felületek sohasem fémtiszták. Az ellenállás-hegesztés előnyös tulajdonságai közé tartozik, hogy a szennyezők nagy része magában a hegesztési folyamatban kerül eltávolításra, és csak egyes szennyezőfajták és érzékenyebb alapanyagok esetében van szükség előzetes tisztító műveletekre. Az egyenletes kötésminőségi és főként a reprodukálhatósági elvárások miatt azonban az átlagosan tiszta felület mindig követelmény. A képlékenyalakítás felülettisztítási funkciója
Egyes ellenállás-hegesztő eljárásoknál a sajtolóerő olyan nagyságú, hogy a felhevített felület makroszkópikus anyagáramlását, képlékeny folyását okozza. Ha az alakítás kellően nagymértékű, a szennyezett felületi réteget eltávolítja –kisajtolja-, és ez által hegedésre alkalmas fémtiszta felületet hoz létre. Az ilyen ellenálláshegesztő eljárások (pl. leolvasztó tompahegesztés) előzetes felülettisztítást nem igényelnek, emellett az állandó kötésminőség is biztosítva van, mivel a tisztító műveletet a technológián belül mindig azonos módon és elhagyatlanul végbemegy. Az olyan ellenálláshegesztési eljárásoknál, ahol makroszkopikus anyagáramlásra nincs lehetőség (pont-, dudor- és vonalhegesztések, zömítő tompahegesztés), a mechanikai eredetű felülettisztítás elégtelen mértékű a hegesztést megelőző gondos felülettisztításra van szükség. Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a sajtoló erő szerepét az ellenállás-hegesztésnél! 1.2.4 A sajtolóerő szerepe a hegesztésnél Az előzőkben már rámutattunk arra, hogy a sajtolóerő az ellenálláshőforrás létrehozásában kitüntetett szerepet játszik, mégpedig elsősorban az átmeneti ellenállás nagyságának és időbeli változásának befolyásolásában. A valóságban sohasem fémtiszta felületek közötti villamos érintkezés minősége, ami leginkább az átmeneti ellenállással jellemezhető, erőteljesen függ a felületegységre ható normál irányú sajtolóerőtől, vagyis a felületi nyomástól. Ennél is jelentősebb a sajtolóerő szerepe a hegesztőáram átfolyásának első pillanataiban, amikor már a felületi mikro- és makrokiemelkedések deformációja és a szennyeződés eloszlásának módosítása révén az érintkezés javulása és ezzel az átmeneti ellenállás csökkenése következik be. A sajtolóerő másik fontos szerepe, hogy a megfelelő helyeken a szükséges mértékű nyomófeszültséget biztosítása. A nyomófeszültségnek minimálisan akkora nagyságúnak kell lennie, hogy az érdességgel összefüggő kiemelkedéseket képlékenyen alakítsa. Az ellenálláshegesztő eljárások többségében azonban ennél jóval nagyobb, makroméretű alakításra is sor kerül, aminek elektródabenyomódás és sorja kitüremkedés formájában szemmel is jól látható jelei vannak. A sajtolóerő okozta képlékeny alakításnak a hegesztési folyamat sikeréhez és a minőségi kötés létrehozásához a következő feladatokat kell ellátnia: a felületi érdesség csökkentése (részben a hevítés előtti periódusban) az átmeneti ellenállások mérséklése és az áramátfolyás feltételeinek javítása, az elektróda élettartamának meghosszabbítása céljából; az érintkezési felületről a szennyeződéseket el kell távolítania (ez többnyire úgy történik, hogy szennyeződéssel együtt az alatta elhelyezkedő (szilárd vagy megolvadt) felületi fémréteget is eltávolítjuk; szilárd fázisú ellenállás-hegesztéskor a felületi réteg anyagának atomsíkjait és kristálytani irányait egymáshoz közelíteni, annak érdekében, hogy a megfelelő közelség és kedvező orientáció következében erős fémes kötés jöhessen létre; az üregképződés elhárítása az olvadékfázis (helyi megolvadással járó ellenálláshegesztéskor olvadékfázis is kialakul) kristályosodásának és teljes lehűlésének folyamán; a levegő gázai elleni, ún. mechanikai védelem fenntartása a teljes hegesztési művelet alatt.
Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg az ellenállás-ponthegesztés eljárási változatainak a nevét, jelölését! 1.3 Ellenállás-ponthegesztés 1.3.1 Eljárás változatok Az ellenállás-ponthegesztés a legszélesebb körben használt sajtolóhegesztés. Elterjedt alkalmazását egyszerűsége, gépesíthetősége, robothegesztésre való alkalmassága, jó reprodukálhatósága, egyenletes jó kötésminősége, kiemelkedő termelékenysége és gazdaságossága indokolja. Az ellenállás-ponthegesztés alapváltozatait az 5. ábra szemlélteti. A 211 számjelű, egyoldali indirekt ellenállás-ponthegesztésnél a kétoldali hozzáférés hiányában minden elektróda azonos oldalon, párhuzamos tengelyelrendezéssel helyezkedik el. Az áramkör zárását a lemezek túloldalán jó vezető réz sín helyettesíti. Ezzel az elrendezéssel egyidejűleg több pont hegesztésére is lehetőség nyílik. Az ellenállás-ponthegesztés 212 számjelű kétoldali direkt ellenállás-ponthegesztés elnevezésű alapváltozatában a 5. ábra szerinti elrendezésnek megfelelően az átlapolt helyzetű finomlemezeket a lemezek átellenes oldalán elhelyezkedő elektródákkal szorítják össze, majd az áramot bekapcsolva összehegesztik. Az ábrából láthatóan az egyponthegesztéssel szemben lehetőség van egyidejűleg több pont készítésére is. Ez utóbbi hegesztési elrendezést többponthegesztésnek nevezik. Az egypontkötéseket rendszerint a hagyományos kétoldali elektróda elrendezéssel hegesztik (5. ábra). Az elektródák a hegesztőtranszformátor szekunder tekercséhez kapcsolódnak, a hegesztés során egy szekunder tekercs csak egy elektródapárt szolgál ki. Tevékenység: Tanulmányozza az 5. ábrát! Készítsen vázlatot a különféle változatokról!
5. ábra Egyoldali és kétoldali ponthegesztés Egyoldali hozzáférés esetén az egypontkötéseket ellenoldali alátétsínnel és/vagy kontaktelektródával (vonalelektródával) hegesztik. Az alátétsín a hegesztési folyamatban hármas funkciót lát el: az elektromos áram vezetés (villamos funkció), az alsó munkadarab megtámasztása és az alsó elektróda benyomódás kiküszöbölése (mechanikai funkció), hőelvezetés, a varratdermedés és a kötés hűlésének gyorsítása (termikus funkció). A kontaktelektródának csak villamos funkciója van, a benyomódás és a kopás csökkentéséhez az átmérője nagyobb lehet, mint a pontátmérő meghatározó hegesztőelektródáé. A teherviselő szerkezetben általában több, esetenként igen sok (pl. az autókarosszériákon 6000 - 8000) pontkötést alkalmaznak Tevékenység: Tanulmányozza az 6. ábrát! Gyűjtse ki/tanulja meg/rajzolja le a ponthegesztés folyamatának lépéseit!
A ponthegesztés vázlatos folyamata:
6. ábra A ponthegesztés folyamata 1. A hegesztés a munkadarabok elektródák közé helyezésével kezdődik (6. a ábra). 2. Az elektródák zárásával a lemezek között helyi érintkezést hoznak létre ezzel az áramátfolyás lehetőségét biztosítják (6. b ábra). 3. Az érintkezési felületet és szűk környezetét rövid ideig (t<1 sec.) átfolyó, kisfeszültségű, de nagy áramerősségű (I~ 20KA) árammal hevítik (.c ábra.). 4. A lokális hevítés hatására a lemezek helyileg megolvadnak (d ábra). A megolvadt térfogat lencse alakú, nagyjából az elektróda átmérőnek megfelelő átmérőre és a lemezvastagságnak a technológiai körülmények által befolyásolt vastagsághányadára terjed ki. 5. Az áramátfolyás megszűntetése után a két lemezből származó hegfürdő mechanikai nyomás alatt kristályosodva összeköti a két munkadarabot (e, ábra). 6. A kristályosodás közben fenntartott szorítóerő elősegíti a szívódási üreg képződésének elhárítását. A hegesztés az elektródák nyitásával ér véget ezután lehetőség van a munkadarab vagy az elektródák léptetésére(f, ábra). A video megtekintéséhez lépjen vissza és nézze meg!
