الکترودها در جوشکاری مقاومتی نقطه ای

الکترود در فرآیندهای مختلف مقاومتی می تواند به اشکال گوناگونی باشد که دارای چندین نقش است از جمله هدایت جریان الکتریکی به موضع اتصال، نگهداری ورق ها بر روی هم و ایجاد فشار لازم در موضع مورد نظر و تمرکز سریع حرارت در موضع اتصال. الکترود باید دارای قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی بالا و مقاومت اتصالی یا تماسی (contact resistance) کم و استحکام و سختی خوب باشد، علاوه بر آن این خواص را تحت فشار و درجه حرارت نسبتاً بالا ضمن کار نیز حفظ کند. از این جهت الکترودها را از مواد و آلیاژهای مخصوص تهیه می کنند که تحت مشخصه یا کد RWMA به دو گروه A آلیاژهای مس و B فلزات دیرگداز تقسیم بندی می شوند. مهمترین آلیاژهای الکترود مس ـ کروم، مس ـ کادمیم و یا برلیم ـ کبالت ـ مس می باشد. این آلیاژها دارای سختی بالا و نقطه آنیل شدن بالایی هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتی نرم نشوند، چون تغیر فرم آنها سبب تغییر سطح مشترک الکترود با کار می شود که ایجاد اشکالاتی می کند. قسمت هایی که قرار است به یکدیگر متصل شوند باید کاملاً بر روی یکدیگر قرار داشته و در تماس با الکترود باشند تا مقاومت الکتریکی تماسی R2, R1 کاهش یابد. مقاومت الکتریکی بالا بین نوک الکترود و سطح کار سبب بالا رفتن درجه حرارت در محل تماس می شود که اولاً مرغوبیت جوش را کاهش می دهد ثانیاً مقداری از انرژی تلف می شود.

 روش های مختلفی برای اعمال فشار پیش بینی شده است که دو سیستم آن معمول تر است:

الف) سیستم مکانیکی همراه با پدال، فنر و چند اهرم

ب) سیستم هوای فشرده با درجه های اتوماتیک مخصوص که در زمان های معین هوای فشرده وارد سیستم می شود. این فشار و زمان قابل تنظیم و کنترل است.

 

درسیستم اول به علت استفاده از نیروی کارگر ممکن است فشار وارده غیر یکنواخت و در بعضی موارد که دقت زیادی لازم است مناسب نباشد ولی در سیستم هوای فشرده دقت و کنترل میزان فشار بیشتر است.

جوش مقاومتی برای اتصال فلزات مختلف بکار گرفته می شود. مسئله مهم این است که چگونگی خواص فیزیکی این فلزات ممکن است بر روی خواص جوش یا موضع اتصال تأثیر بگذارد. همان طور که اشاره شد حرارت برای بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جریان الکتریکی و مقاومت الکتریکی به دست می آید و یا به بیان دیگر مقاومت الکتریکی بزرگتر در زمان و شدت جریان معین تولید حرارت بالاتری می‌کند و برعکس. مقاومت الکتریکی یک هادی بستگی به طول و نسبت عکس با سطح مقطع دارد. البته جنس هادی هم که میزان ضریب مقاوت الکتریکی است مهم می باشد. بنابراین خصوصیت جوشکاری مقاومتی با تغییر ضخامت ورق، تغییر مقطع تماس الکترود با قطعه و جنس قطعه تغییر می کند. البته چگونگی حالت های تماس الکترود با قطعات و تماس خود قطعات عوامل دیگر هستند که فشار الکترودها و ناخالصی ها در بین این سطوح می توانند بر روی این مقاومت ها موثر باشند.

مواد الکترودها :

مس وآلیاژهای آن موادی هستند که عموما برای الکترودهای جوش نقطه ای انتخاب می شوند . انواع مختلف این مواد در جدول زیر آمده است :

انتخاب یک آلیاژ برای الکترود بطوریکه برای تمام موادی که جوش می شوند قابل استفاده باشند بدلایل مختلف امکانپذیر نیست .برای مثال آلومینیوم که دارای ضریب هدایت بالایی می باشد احتیاج به الکترودی با ضریب هدایت بالا دارد تا از چسبیدن جلوگیری شود و مس سخت کشیده شده  (Hard drawn) یا مس تلوریوم دار علیرغم سختی پایین آن برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرد .مس تلوریوم دار دارای این خاصیت است که براحتی ماشینکاری و پولیش میگردد و سطح تمام شده خوبی را پدید می آورد .مس کروم دار برای جوشکاری همه نوع فولاد مناسب است زیرا از آلیاژ مس- کادمیوم سخت تر است ودارای یکنواختی دمایی بیشتری است بدون آنکه از هدایت آن زیاد کاسته شده باشد . دلیل اینکه مس-کادمیوم برای جوشکاری ورقهای نازک پیشنهاد میشود این است که ارزان تر از مس-کروم است و قادر است که گرمای کمتری را که در جوشکاری ورقهای نازک بیرون داده میشود را تحمل کند . ورق های ضخیم تر باعث گرم شدن بیشتر نوک الکترود میشوند . اگر دما به 250 درجه سلسیوس برسد دیگر آلیاژ مس-کادمیوم مناسب نمیباشد . آلیاژ مس-تنگستن معمولا بصورت بوش مورد استفاده قرار میگیرند که مساحتی بزرگتر از مقدار لازم برای تامین دانسیته جریان صحیح جوشکاری دارد .دانسیته جریان برای ایجاد نقطه جوش با یک الکترود معمولی در یک طرف اتصال و بوش مس-تنگستن با مساحت بزرگتر در طرف دیگر قرار دارد .

فلزات و آلیاژهایی که در ساخت الکترودها بکار میروند به گروههای زیر کلاسه میشوند :

کلاس 1 :

در این مواد عملیات حرارتی انجام نگرفته و بوسیله کار سرد استحکام پیدا کرده اند. اینکار روی هدایت الکتریکی و گرمایی اثری ندارد . مواد این کلاس برای فولادهای کم کربن که با لایه نازک سرب و کروم و یا روی پوشیده شده –فولادهای نورد گرم شده و بعضی از فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و منیزیم توصیه میشود .

کلاس 2 :

این مواد دارای خواص مکانیکی بالاتر از کلاس 1 هستند ولی هدایت حرارتی و الکتریکی آنها کمتر از کلاس 1 میباشد . خواص فیزیکی و مکانیکی اپتیمم با عملیات حرارتی یا ترکیبی از عملیات حرارتی و کار سرد پدید می آید. مواد کلاس 2 بهترین ماده برای الکترودهایی برای کارهای عمومی با یک رنج وسیعی از مواد و شرایط مختلف می باشد. این مواد در الکترودهای نقطه جوش فولادهای کم کربن نورد سردشده و فولادهای ضد زنگ و فولاد با پوشش نیکل و غیره استفاده میشود.

همچنین برای شافتها-بازوها-قالب و بندکها-فکهای تفنگی دستگاه جوش و بقیه اعضا عبور دهنده جریان در تجهیزات جوشکاری مقاومتی مناسب است .

کلاس 3 : 

مواد این کلاس آلیاژهای سختی پذیر با خواص مکانیکی بهتری از مواد کلاسهای 1 و 2 میباشد اما دارای هدایت الکتریکی و حرارتی پایین تری میباشد .سختی بالا-مقاومت به سایش خوب و دمای آنیل شدن بالای الکترودهای کلاس 3 همراه با هدایت الکتریکی متوسط آن باعث میشود که این مواد برای الکترودهاییکه در نقطه جوشهایی که در آنها فشار مقاومت قطعات بالا است استفاده میشود .این مواد برای فولادهای کم کربن با سطح مقطع بالا و فولادهای ضد زنگ بکار میرود .

انواع الکترود و شکل آنها :

نوک الکترودهای نقطه جوش باید پروفیل خود را تا آنجا که ممکن است در شرایط تولید حفظ کند .

پروفیل صحیح باعث عمر طولانی الکترود میشود .دو شکل استاندارد در موارد عمومی وجود دارد .این دو نوع عبارتند از :

1 – نوک تخت به شکل یک مخروط وارونه

2 – نوک گنبدی شکل 

واضح است که نوکهای گنبدی لازم نیست که دقیقا با سطح کار همراستا قرار گیرند .بنابراین برای جاهاییکه الکترود بر روی سطح منحنی در قطعه کار قرار میگیرند مناسبند و معمولا در جوشکاری آلومینیوم بکار میروند. نوع نوک تخت در مواردیکه بتواند با قطعه کار همراستا گردد ترجیح داده میشود. زیرا ماشینکاری و شکل دادن و بازرسی آن در ضمن بکارگیری آسان است. معمولا الکترود را بصورت یک میله استوانه ای شکل با قطر مورد نظر نمیسازند بلکه آنرا بزرگتر ساخته و نوک آن را با زاویه 30 درجه بصورت مخروطی می تراشند .

افزایش مساحت نوک الکترود در اثر فشار وارده باعث کاهش فشار الکترود و دانسیته جریان می گردد که هر دو از اهمیت حیاتی برخوردار هستند. پهن شدن الکترود را میتوان با استفاده از سختترین ماده مناسب و بکارگیری ضربه کوتاه و یا به بیان دیگر کاهش بارهای ضربه ای و با خنک کردن مؤثر الکترود در کمترین مقدار خود نگه داشت. پروفیل ساده الکترود نشان داده شده در شکل 6-2 برای بسیاری از کاربردها مناسب است اما همواره قابل انتخاب برای جوشکاری در گوشه ها نمی باشد .انواع دیگر الکترود برای اینگونه از کاربردها قابل دسترس میباشند و در موارد بخصوص میتوان آنها را ساخت تا احتیاجات استفاده کننده را مرتفع سازد.

روش تعویض نوک الکترودها:

به علت گرما دیدن نوک الکترودها در هنگام جوشکاری و زیر فشار بودن این ناحیه گرما دیده، پس از زدن چند نقطه جوش، قطعه نامبرده تغییر شکل می دهد. در نتیجه سطح مشترک نوک الکترودها بزرگتر و ناصافتر می شود. بنابراین پس از حدود 250 بار نقطه جوش زدن، لازم است که نوک الکترودها تراشیده شود تا شکل اولیه شان بازیابی شود. این قطعات در اثر تراشیده شدن، کوتاه تر می شوند. بنابراین لازم است پس از آن که هر قطعه به اندازه مشخصی رسید با قطعه نو تعویض شود. این جایگزینی بسته به شکل قطعه، جنس آن و نیز روش ساخت آن (تراشکاری شده یا آهنگری شده) ممکن است پس از اعمال 1200 یا 2500 نقطه جوش، مورد نیاز باشد.

برای تعویض این قطعه (نوک الکترود) روش های گوناگون وجود دارد:

یک روش آن است که با نصب تجهیزات تمام خود کار، کل فرآیند تعویض قطعه بدون دخالت انسان انجام پذیرد. روش دیگر استفاده از یک ابزار ساده دستی است که کاربر با اهرم کردن شاخک های آن در زیر قطعه و در محل شیار موجود می تواند آن را از جایش درآورد و پس از جازدن قطعه نو به کمک گردی سطح زیرین ابزار، قطعه را درمحل خود محکم کند. روش سوم استفاده از شکل هندسی مخروطی نگهدارنده نوک الکترود است بدین معنی که سطح تماس قطعه نوک الکترود با نگهدارنده آن، سطح جانبی یک مخروط ناقص است. این ویژگی هندسی باعث می گردد تا با اعمال چند ضربه آرام در دو سوی قطعه نوک الکترود، این قطعه به تدریج درموضع خود لق شود تا این که به راحتی و با دست از جای خود بیرون آید. پس از نصب قطعه نو، با اعمال چند ضربه آرام به سر قطعه، می‌توان آن را در جای خود محکم کرد.

زمانی که کارگر متوجه شود که گان خوب جوش نمی‌زند، شاید یکی از علت‌های آن احتیاج به Tip dress نوک الکترود باشد. در این روش نوک الکترود بوسیلهTip dress برای جوشکاری آماده می شود البته نحوه Tip dress خیلی مهم می‌باشد و نیاز به مهارت و آموزش دارد.

Tip dress در دو نوع بادی و برقی می باشد که در گان ها از نوع برقی آن استفاده می شود و این نوع، محدودیت فشاری دارد (با هر فشار و نیرویی نمی توان استفاده کرد) البته در این نوع Tip dress یک لوله برای باد هم وجود دارد. یکی دیگر از کارهایی که برای بهتر شدن کیفیت جوش بر روی الکترود انجام می‌شود سمباده زدن آن می‌باشد.

منبع: www.imes.ir