Kosketushitsaus

Kosketushitsaus on prosessi, jossa muodostetaan kiinteä hitsausliitos lämmittämällä metallia sen läpi kulkevalla sähkövirralla ja muuttamalla liitosvyöhykettä plastiseen muotoon puristusvoiman vaikutuksesta.

Vastushitsausta käytetään pääasiassa samantyyppisten tuotteiden teollisessa massa- tai sarjatuotannossa [1] . Sitä käytetään konepajateollisuuden yrityksissä, lentoteollisuudessa.

Historia

Vuonna 1856 englantilainen fyysikko William Thomson (Lord Kelvin) aloitti päittähitsauksen pioneerin. Vuonna 1877 amerikkalainen tutkija Elihu Thomson kehitti itsenäisesti päittäishitsauksen ja esitteli sen teollisuudelle. Samassa 1877 venäläinen keksijä Nikolai Nikolajevitš Benardos ehdotti menetelmiä vastuspiste- ja saumahitsaukseen [2] .

Resistanssipistehitsausprosessien suorittamiseen käytettiin erityisiä hiilielektrodilla varustettuja pihtejä , joihin syötettiin sähkövirta. Sitten kaksi päällekkäin pinottua teräslevyä puristettiin pihdeillä ja metallin läpi kulkeva hiilielektrodeihin syötetty virta antoi riittävästi lämpöä hitsauspisteen muodostamiseksi.

Vastushitsauksen tutkija ja kehittäjä Elihu Thomson haki vuonna 1886 patenttia, jolla suojattiin täysin uusi sähköhitsausmenetelmä, joka kuvaili seuraavaa: ”Hitsattavat esineet saatetaan kosketukseen hitsattavissa kohdissa ja niiden läpi kulkee valtava virta.voimat - jopa 200 000 ampeeria matalalla jännitteellä - 1-2 volttia . Kosketuspiste vastustaa suurinta virtaa ja tulee siksi erittäin kuumaksi. Jos tällä hetkellä alamme puristaa hitsattavia osia ja takoa hitsauskohtaa, niin jäähdytyksen jälkeen esineet hitsautuvat hyvin” [2] . Hitsausmenetelmää kutsuttiin "sähköiseksi takomiseksi" tai "liekettömäksi hitsausmenetelmäksi".

1800 - luvun lopulla lennätinlankojen liittämiseen käytettiin päittäishitsausta . Jatkotutkimuksessaan Elihu Thomson alkoi yhdistää lämmitystä sähkövirralla plastisiin muodonmuutoksiin, mikä on mahdollista hydraulisten puristusjärjestelmien avulla. 1900-luvun alkuun mennessä kerrottiin, että Fiat käytti vastushitsausta lentokoneiden moottoreiden valmistukseen.

Vuonna 1928 Stout Metal Airplane Company ( Ford Motor Companyn osasto ) käytti vastushitsausta linjoissa rakenteiden valmistukseen duralumiinista . 1930-luvun alussa alhaisissa oloissa sulavien metallien ja niiden seosten vastushitsausta testattiin Yhdysvalloissa. Tutkimuksen aikana kehitettiin teknologioita ja laitteita, joita alettiin käyttää Douglasin, Boeingin ja Sikorsky Aircraftin tuotannossa [2] .

Teoria

Kaikkien kosketushitsausmenetelmien toimintatavan pääparametrit ovat hitsausvirran voimakkuus , sen pulssin kesto ja osien puristusvoima. Hitsattavassa metallissa oleva lämpö vapautuu, kun sen läpi kulkee virtapulssi, jonka kesto on Joule-Lenzin lain mukainen : $K$ $minä_{c}$ $t$

Q=I_{c}^{2}R_{c}t

Arvoksi otetaan elektrodien välisen metallipylvään resistanssi . Hitsausmuuntajan hitsausvirtaa ja pulssiaikaa laskettaessa se on alkuparametri, koska se on helppo laskea, kun tietää osan materiaalin, sen paksuuden ja vaaditun hitsauslämpötilan. Tässä tapauksessa osien välisten koskettimien ja elektrodien ja osien väliset resistanssit jätetään huomioimatta. $R_{c}$ $R_{c}$

Joule-Lenzin lain mukaan lisäyksen pitäisi lisätä vapautuvan lämmön määrää . Mutta Ohmin lain mukaan lisäys ei aina lisää hitsauksen aikana vapautuvan lämmön määrää , paljon riippuu hitsausmuuntajan toisiopiirin suhteesta ja impedanssista. $R_{c}$ $K$ $R_{c}$ $K$ $R_{c}$

I_{c}={\frac {U_{2}}{Z}}

Missä on hitsauskoneen toisiopiirin jännite, a on toisiopiirin impedanssi, joka sisältää . Resistanssin kasvaessa hitsausvirran voimakkuus pienenee , mikä otetaan huomioon Joule-Lenzin laissa neliöitynä. Tästä seuraa useita käytännön seurauksia. Kun toisiopiirin kokonaisvastus kasvaa 50:stä 500 μΩ:iin, lämmön vapautuminen hitsausvyöhykkeellä pienenee noin 10 kertaa putoaessaan. Lämmön puute kompensoidaan lisäämällä jännitettä ( ) tai hitsausaikaa. Hitsausprosessiin kosketuskoneissa, joissa toisiopiirin resistanssi on alhainen (~ 50 μOhm), kuumeneminen lisääntyy voimakkaasti, kun se putoaa hitsausytimen kasvaessa. Kun tasa -arvo saavutetaan, lämpeneminen saavuttaa maksimin, ja sitten kun se vielä laskee (saavutettuaan vaaditun ydinkoon), se laskee. Siten hitsaukseen kosketuskoneilla, joilla on pieni toisiopiirin vastus (ja useimmat niistä [3] ), liittyy ei-stationaariseen lämmitykseen ja epävakaaseen liitoslaatuun. Tätä haittaa voidaan vähentää puristamalla puhdistettuja osia luotettavasti, varmistamalla, että se pysyy minimitasolla, tai pitämällä korkealla tasolla osien heikon puristuksen vuoksi ja jakamalla hitsausvirtapulssi useisiin lyhyempiin pulsseihin. Jälkimmäinen myös säästää energiaa ja tarjoaa tarkan liitoksen jäännösmuodonmuutoksella 2 ... 5%. $U_{2}$ $Z$ $R_{c}$ $R_{c}$ $minä_{c}$ $R_{c}$ $U_{2}$ $R_{c}$ $R_{c}=Z$ $R_{c}$ $R_{c}$ $R_{c}$

Hitsattaessa koneilla, joissa toisiopiirin vastus on korkea (> 500 µOhm), hitsausprosessin väheneminen ei käytännössä vaikuta lämmön vapautumiseen, lämmitys pysyy paikallaan, mikä on tyypillistä hitsattaessa ripustetuissa koneissa, joissa on pitkä kaapeli. toisiopiiri. Niihin hitsatut liitokset ovat laadultaan vakaampia [3] . $R_{c}$

Tekniikka

Pintojen esikäsittely kontaktihitsausta varten

Pintakäsittelymenetelmät ovat erilaisia. Täydellisimmässä muodossaan ne sisältävät useita peräkkäisiä toimenpiteitä: rasvanpoisto, alkuperäisen, pääasiassa oksidin, kalvojen poisto, passivointi, neutralointi, pesu, kuivaus, valvonta

Perusvaatimukset pinnan esikäsittelylle kontaktihitsausta varten:

varmista elektrodiosapiirin pienin vastus;
osa-osa-piirissä resistanssin on oltava sama koko kosketusalueella;
hitsausta varten yhteenliittävien osien pintojen tulee olla tasaiset yhtenevien tasojen kanssa [4] .

Yhteyshitsauskoneet

Kosketushitsaus suoritetaan kosketinhitsauskoneilla, jotka ovat kiinteitä, liikkuvia ja ripustettavia, yleiskäyttöisiä ja erikoistuneita. Hitsauspiirin virran luonteesta johtuen vaihto- tai tasavirtakoneita voi olla hitsausmuuntajan ensiöpiirissä tasasuunnatusta virtapulssista tai kondensaattorin purkauksesta . Hitsausmenetelmän mukaan erotetaan piste- , koho- , sauma- ja puskuhitsauskoneet [3] . Koneen hitsausmuuntaja alentaa verkkojännitteen 1-15 volttiin . Kuparilejeeringeistä valmistettuja elektrodeja käytetään osien puristamiseen ja virran syöttämiseen teholla 1–200 kA . Koneen teho 0,5-500 kVA . Puristusvoima 0,01–100 kN (1–10 000 kgf ) syntyy pneumohydraulisella käyttövoimalla tai vipujousimekanismilla . Virran kesto 0,01 - 10 sekuntia kytketään päälle elektronisesti ohjatuilla kontaktoreilla [5] .

Jokainen vastushitsauskone koostuu sähköisistä ja mekaanisista osista, pneumaattisista tai hydraulisista järjestelmistä ja vesijäähdytysjärjestelmistä. Sähköosa puolestaan koostuu hitsausmuuntajasta, hitsausmuuntajan ensisijaisesta katkaisijasta ja hitsausjakson säätimestä, joka tarjoaa tietyn syklin toimintosarjan ja hitsausmoodiparametrien säädön. Mekaaninen osa koostuu puristuskäytöstä (kärkikoneet), puristuskäytöstä ja rullan pyörityskäytöstä (saumakoneet) tai osien kiinnitys- ja käännöskäytöistä (puskurikoneet). Pneumaattis-hydraulinen järjestelmä koostuu esikäsittelylaitteista ( suodattimet , voitelulaitteet , jotka voitelevat liikkuvia osia), säädöstä ( vaihteistot , painemittarit , kuristusventtiilit) ja ilmansyötöstä puristuskäyttöön (sähköpneumaattiset venttiilit, sulkuventtiilit, hanat, liittimet ). Vesijäähdytysjärjestelmään kuuluvat jako- ja vastaanottokampojen liittimet, vesijäähdytteiset ontelot muuntajassa ja toisiopiirissä, jakoletkut, sulkuventtiilit ja hydrauliset releet , jotka sammuttavat koneen, jos vettä ei ole tai tulee vähän. Piste- ja saumakoneet kytketään päälle koskettimilla varustetulla jalkapolkimella, puskukoneet - näppäinsarjalla. Ohjauksilta saadaan käskyjä puristaa elektrodit tai puristinosat, kytkeä hitsausvirta päälle ja pois, pyörittää rullia, käynnistää hitsausjakson ohjain. [3] .

Kontaktihitsauselektrodit

Toisiohitsauspiiri suljetaan vastushitsauselektrodien kautta. Elektrodirullat liikuttavat hitsattavia osia vastussaumahitsauksen aikana. Ne myös pitävät osat paikoillaan lämmityksen ja häiritsemisen aikana.

Koska elektrodit kuluvat nopeasti vastushitsauksen aikana, niille asetetaan vaatimukset muodonpysymisen stabiilisuudesta kuumennettaessa 600 asteeseen ja iskupuristusvoimille 5 kg/mm2 asti.

Elektrodit on valmistettu kuparista ja pronssista (kromi-zirkoniumpronssi BrKhTsrA; kadmiumpronssi BrKd1; kromipronssi BrKh jne.).

Tehohitsaukseen käytettävät elektrodit valmistetaan muodoltaan lähellä tuotetta, saumakoneille - levyjen muodossa.

Vastushitsauselektrodit CrZrCu-seoksesta
Kosketa hitsauselektrodeja
Kosketa hitsauselektrodeja

Hitsausvirheet ja laadunvalvonta

Vastushitsauksella tehtyjen hitsausliitosten laatu riippuu osien pinnan oikeasta esikäsittelystä ja hitsausmuotojen valinnasta. Piste- ja saumahitsauksen laadun pääindikaattoreita ovat hitsauspisteytimen koko, jonka tulee olla ohuimman hitsattavan levyn kolme paksuutta S. Läpäisysyvyyden tulee olla välillä 20 ... 80 % S. Näiden rajojen ylittäminen johtaa metallin tunkeutumisen puutteeseen tai roiskeisiin.

Hitsausvirheitä valvotaan sekä tarkastuksella että käytettävissä olevilla ainetta rikkomattomilla testausmenetelmillä. Liitosohjauksen ominaisuus vastushitsauksen aikana on vaikeus havaita sulamisen puutetta, jota ei havaita johtuen koskettimien puristamisesta toisiinsa. Kosketuskohdassa sähkömagneettinen säteily ja ultraääni eivät heijastu tai vaimene. Yksi tapa havaita vika on tuhoamalla kontrollinäytteet. Ilman tunkeutumisen puutetta tuhoaminen kulkee yhden osan koko metallin läpi. Tässä tapauksessa mitataan piste- tai saumahitsauksella valmistetun valuytimen halkaisija.

Kontaktihitsauksen lajikkeet

Pistehitsaus

Pistehitsaus on hitsausprosessi, jossa osat liitetään yhteen tai useampaan pisteeseen samanaikaisesti. Liitoksen lujuus määräytyy hitsauspisteen koon ja rakenteen mukaan, jotka riippuvat elektrodien kosketuspinnan muodosta ja koosta, hitsausvirran voimakkuudesta , ajasta, jolloin se virtaa työkappaleen läpi, puristusvoimasta ja hitsattavien osien pintojen kunto. Pistehitsauksen avulla voit luoda jopa 600 liitosta minuutissa [5] . Sitä käytetään elektronisten laitteiden ohuimpien osien (jopa 0,02 mikronia ) liittämiseen, teräsrakenteiden hitsaukseen jopa 20 mm paksuista levyistä auto- , lento- ja laivanrakennuksessa , maatalouskoneissa ja muilla teollisuudenaloilla [5] .

Projektiohitsaus

Reliefhitsaus on hitsausprosessi, jossa osia liitetään yhteen tai useampaan pisteeseen samanaikaisesti, ja niissä on erityisesti valmistetut ulkonemat-kohotukset. Tämä menetelmä on samanlainen kuin pistehitsaus. Suurin ero: osien välinen kosketus määräytyy niiden pinnan muodon mukaan risteyksessä, ei elektrodien työosan muodon mukaan, kuten pistehitsauksessa. Rei'itysulokkeet valmistetaan etukäteen leimaamalla tai muulla tavalla ja ne voivat olla yhdessä tai molemmissa hitsattavissa olevissa osissa.

Tehostushitsausta käytetään autoteollisuudessa kannakkeiden kiinnittämiseen levyosiin (esimerkiksi kiinnikkeiden kiinnittämiseen auton konepelliin , saranoiden kiinnittämiseen ovien ripustamiseksi ohjaamoon); kiinnikkeiden - pulttien , muttereiden ja pulttien liittämiseen . Radioelektroniikassa sitä käytetään langan kiinnittämiseen ohuisiin osiin [ 6] .

Saumavastushitsaus

Saumahitsaus on hitsausprosessi, jossa osat yhdistetään saumalla, joka koostuu useista erillisistä hitsauspisteistä (valuvyöhykkeistä), jotka ovat osittain päällekkäin tai eivät mene päällekkäin. Ensimmäisessä tapauksessa sauma tiivistetään. Toisessa tapauksessa yksittäisten pisteiden saumahitsaus ilman päällekkäisyyttä ei käytännössä poikkea pistehitsauksella saaduista pisteistä . Saumahitsaus suoritetaan erikoishitsauskoneilla, joissa on kaksi (tai yksi [7] ) pyörivä kiekkorulla-elektrodi, jotka puristavat tiiviisti, rullaavat ja hitsaavat liitettävät osat. Hitsattujen levyjen paksuus vaihtelee välillä 0,2-3 mm [7] [8] . Sitä käytetään erilaisten säiliöiden valmistukseen, joissa vaaditaan tiiviitä saumoja - kaasusäiliöt , putket, tynnyrit, palkeet jne.

Puskuhitsaus

Puskuhitsaus on hitsausprosessi, jossa osat yhdistetään koko kosketustasolla kuumentamisen seurauksena. Metallin laadusta, liitettävien osien poikkileikkauspinta-alasta ja liitoksen laatuvaatimuksista riippuen päittäishitsaus voidaan suorittaa usealla eri tavalla: vastus-, jatkuva- ja kuumaleimaus.

Vastushitsauksella yhdistetään osia, joiden poikkipinta-ala on enintään 200 mm² [9] . Sitä käytetään pääasiassa hitsauslangan, tankojen ja putkien hitsaukseen suhteellisen pienten osien vähähiilisestä teräksestä [6] .

Fuusiohitsauksella yhdistetään osia, joiden poikkipinta-ala on enintään 100 000 mm² [9] , kuten putkistoja, teräsbetonituotteiden raudoitusta, profiiliteräksen päittäisliitoksia, vannesahoja . Sitä käytetään rautatiekiskojen liittämiseen saumattomilla raiteilla , pitkien aihioiden valmistukseen teräksistä, seoksista ja ei-rautametalleista. Laivanrakennuksessa sitä käytetään ankkuriketjujen, jäähdytyslaivojen jäähdytyskelojen valmistukseen . Flash-hitsausta käytetään myös leikkaustyökalujen valmistuksessa (esimerkiksi työkaluteräksestä valmistetun poran työosan hitsaukseen tavallisesta teräksestä valmistetulla takaosalla) [6] [9] .

Muut vastushitsausprosessit

Yksi kontaktihitsauksen muodoista on pulssihitsaus , jossa valokaari palaa jopa käytettyjen virtapulssien välisissä tauoissa vaikuttamatta merkittävästi metallin sulamissyvyyteen. Lisävirtapulsseja asetetaan päähitsausvirran päälle useiden kymmenien hertsien taajuudella. Myös kaksoispulssitekniikka virtapulssimodulaatiolla on kehitetty. Moduloinnin avulla voit muuttaa pulssin muotoa, niiden aaltorintaman kaltevuuskulmaa, jonka avulla voit ohjata metallin pientä siirtoa hitsauksen aikana [10] .

Pulssihitsauksen etuja ovat vakaa kaaripoltto , kraatterit hitsauspisteistä eliminoituvat, päällekkäiset alueet hitsissä vähenevät.

Pulssihitsauksella hitsataan sekä eri teräslajeja että alumiinia, kuparia, nikkeliseoksia ja titaania, joiden työkappaleen paksuus on 1-50 mm [11] .

Muistiinpanot

↑ Kontaktihitsaus, vastushitsauksen periaate . Käyttöpäivä: 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 3. tammikuuta 2012. (määrätön)
↑ 1 2 3 Vastussähköhitsausprosessin kehittäminen (pääsemätön linkki) . Haettu 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 5. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ 1 2 3 4 Kosketinhitsaus (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 4. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ Kosketinhitsaus (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 4. joulukuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 18. tammikuuta 2010. (määrätön)
↑ 1 2 3 [bse.sci-lib.com/article064083.html Kontaktisähköhitsaus] . Haettu 24. lokakuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 25. lokakuuta 2012. (määrätön)
↑ 1 2 3 Kosketinhitsaus . Haettu 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 2. maaliskuuta 2013. (määrätön)
↑ 1 2 Sauman hitsaus (pääsemätön linkki) . Haettu 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 6. maaliskuuta 2012. (määrätön)
↑ Rulla (sauma) hitsaus (pääsemätön linkki) . Käyttöpäivä: 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 9. tammikuuta 2013. (määrätön)
↑ 1 2 3 Puskuhitsaus (pääsemätön linkki) . Haettu 24. lokakuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 6. maaliskuuta 2012. (määrätön)
↑ Pulssihitsaus: edut ja mahdollisuudet . Haettu 29. huhtikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 7. elokuuta 2020. (määrätön)
↑ Pulssikaarihitsaus suojakaasuissa . Haettu 4. elokuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 22. heinäkuuta 2016. (määrätön)

Kirjallisuus

M. D. Banov, Yu. V. Kazakov, M. G. Kozulin ja muut; toim. Yu V. Kazakova. Hitsaus- ja leikkausmateriaalit: opetusohjelma. — Painos 2, stereotyyppinen. - Kustannuskeskus "Akatemia", 2002. - 400 s. — ISBN 5-7695-0695-4 .

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)

Hitsaus
Terminologia	Sähkökaari Hitsattavuus hitsausvirtaus Hitsattu liitos Pinnoitus kuumia halkeamia kylmiä halkeamia
Sähkökaari	Manuaalinen kaari Valokaari suojakaasuissa Automaattinen kaari upotettu kaari
painehitsaus	Takominen hitsaus Ultraääni kitka kaasupuristin Kylmä Räjähdys Magneettinen pulssi Diffuusio
kosketushitsaus	pilkullinen kohokuvioitu ommel Butt Reflow
Muut hitsaustyypit	Kaasu Sähkökuona Termiitti Plasma elektronisuihku laser röntgenkuvaus
Metallin hitsaus	alumiinin hitsaus berylliumhitsaus Kuparin hitsaus Hopean hitsaus Teräksen hitsaus Titaanin hitsaus Valurautahitsaus
Ei-metallien hitsaus	Muovin hitsaus Valokuituliitos
Varusteet ja varusteet	hitsauselektrodi Hitsaajan puku hitsausmuuntaja Hitsaaja hitsausmuunnin Hitsaus invertteri
Ammattijärjestöt	E. O. Patonin mukaan nimetty sähköhitsausinstituutti American Welding Society
Ammattimaiset versiot	Defektoskopia (lehti)
Ammattitaudit	Elektroftalmia mangaanimyrkytys