دستگاه جوش سر به سر چیست؟ نگاهی به گذشته های بسیار دور و با توجه به تجزیه و تحلیل ابزارهای کشف شده از قرون اولیه نشانگر این واقعیت است که انسان اولیه با استفاده از اصول فیزیکی که امروزه مبنای اصلی جوشکاری های مدرن را تشکیل می دهند، یعنی متصل نمودن فلزات به یکدیگر از طریق روی هم قراردادن لبه های گرم و ذوب شده و ضربه زدن چکش، مبادرت ورزیدند.
دستگاه جوش سر به سر (Spot Welding Machine) یکی از رایج‌ترین و متداول‌ترین فرآیندهای جوشکاری در صنعت فلزات است. این فرآیند به منظور ایجاد اتصالات قوی و مستحکم بین دو قطعه فلزی با سطح مقطع مشابه، بدون نیاز به مواد پرکننده (فیلر) و با استفاده از فشار و جریان الکتریکی به کار می‌رود.
ویژگی‌ها و اجزای مهم دستگاه جوش سر به سر :
- الکترودها (Electrodes): این دستگاه دارای دو الکترود است که به قطعات کار وصل می‌شوند و بر روی سطح قطعات فشار اعمال میکنند. الکترود مثبت به عنوان الکترود فوقانی در بالای قطعه و الکترود منفی در زیر قطعه کار قرار داده میشود .
- منبع جریان الکتریکی (Power Supply): این منبع برق مسئول تأمین جریان الکتریکی مورد نیاز برای ایجاد حرارت و ذوب فلزات در نقطه تماس الکترودها با قطعات کار است.
- کنترلر (Controller): دستگاه جوش سر به سر دارای یک کنترلر است که میزان فشار و زمانی که الکترودها در تماس با قطعات فلزی هستند را تنظیم و کنترل میکند. این کنترلر مسئول مدیریت دقیق فرآیند جوشکاری است.
- قطعه کار (Workpiece): قطعات فلزی که قرار است جوش داده شوند و در میانه الکترودها قرار می‌گیرند.
- خنک‌کن (Cooling System): بعد از اتمام جوشکاری، برای سریع‌تر خنک شدن نقاط جوشکاری و تثبیت جوش، یک سیستم خنک‌کن (معمولاً آبی) ممکن است استفاده شود.
در واقع یکی از روشهای قدیمی اتصالات، صنعت جوش است که از گذشته انجام می شده و مورد اهمیت بوده است. از اواخر دهه ۱۹۳۰ که ساخت پل ها، جاده راه آهن، خیابان ها و نیز کشتی های اقیانوس پیما و غیره با روش جوش دادن قطعات به یکدیگر با سرعت آغاز گردید، تا به امروز که انسان مشغول ساختن فضاپیما، آسمان خراش، نیروگاه هسته ای، میکروپروسسرها و غیره است، هنوز جوشکاری از روشهای بسیار مهم اتصال به حساب می آید.
امروزه به جایی رسیده ایم که این تکنولوژی تا حد قابل توجهی از یک کار دستی بودن خارج شده و به سوی اتوماسیون کامل پیش رفته است. مثلاً به عنوان نمونه می توان به استفاده از روبات ها (robots) که توسط میکروپروسسرها عمل و کنترل جوشکاری را هدایت میکنند، اشاره کرد.
علاوه بر توسعه روش های جوشکاری، توجه خاصی نیز به بهره وری بالاتر، اقتصاد بهتر، آسانی کار و قابلیت اطمینان بیشتر این روش ها شده است.
علی رغم توسعه روش های جوش در صنعت، آن ها را به دو گروه عمده جوش های ذوبی و جوش های غیر ذوبی تقسیم می کنند که یکی از زیر گروه های جوش غیر ذوبی جوش های مقاومتی یا Resistance Welding است که آن نیز خود به چهار روش ذیل تقسیم میشود:
کاربرد دستگاه جوش سر به سر در صنایع:
دستگاه جوش سر به سر یا Spot Welding Machine در انواع مختلف صنایع به عنوان یک فرآیند جوشکاری حیاتی و مؤثر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زیر به برخی از صنایعی که از این دستگاه استفاده میکنند، اشاره شده است:
- صنعت خودروسازی: در تولید خودروها، دستگاههای جوش سر به سر به طور گسترده برای ایجاد اتصالات در بخش‌های مختلف خودروها مانند بدنه، و قطعات ساختاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فرآیند به دلیل سرعت اجرا و اتصالات مطمئن، در تولید انبوه خودروها بسیار مؤثر است.
- صنعت الکترونیک: در تولید محصولات الکترونیکی مثل باتری‌ها، مدارهای چاپی، و کامپوننت‌های مختلف الکترونیکی، دستگاه جوش سر به سر برای ایجاد اتصالات دقیق و محکم در قطعات الکترونیکی استفاده میشود.
- صنعت بسته‌بندی: در تولید محصولات بسته‌بندی شده مثل قوطی‌ها، بطری‌ها و ظروف فلزی، این دستگاه‌ها برای ایجاد جوشکاری‌های محکم در اطراف سطح‌های بسته‌بندی به کار می‌روند.
- صنعت اسباب‌بازی: در تولید اسباب‌بازی‌ها و مواد بازی، دستگاه جوش سر به سر برای اتصال قطعات پلاستیکی یا فلزی به کار می‌رود.
- صنعت ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی: در تولید ماشین‌آلات صنعتی، اتصالات جوشی برای تقویت و اتصال قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- صنایع ساخت و ساز: در ساخت سازه‌ها و ساختمان‌ها، از دستگاه جوش سر به سر برای ایجاد اتصالات فولادی در قسمت‌های مختلف استفاده میشود.
- صنایع فولاد و فلزات: در تولید قطعات فلزی مختلف مانند لوله‌ها، تیرآهن، و قطعات ساختمانی، جوشکاری جرقه‌ای به عنوان روش ایجاد اتصالات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در کل، دستگاه جوش سر به سر به دلیل سرعت اجرا، کیفیت اتصالات، و استفاده‌ی محدود از مواد پرکننده، در انواع مختلف صنایع به عنوان یک فرآیند مؤثر و اقتصادی برای جوشکاری قطعات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آشنایی با پروسه جوش مقاوتی سر به سر :
در این فرآیند، دو قطعه کار از مقطع‌های مشابه به هم متصل می‌شوند. ابتدا، این دو قطعه کار در گیره‌های هادی الکتریکی (فک دستگاه) قرار می‌گیرند. از این فک‌ها، جریان الکتریکی به دو قطعه کار می‌رسد و از طریق آنها عبور میکند. هنگام عبور جریان الکتریکی از قطعه کار، نقطه تماس دو قطعه به دلیل مقاومت الکتریکی بالا سرخ و خمیری میشود. در این لحظه، به علت فشار افقی، مقداری فلز مذاب به همراه ناخالصی‌ها از نقطه تماس دو قطعه به سمت محیط آنها جاری میشود. این فرآیند باعث پاک شدن محل اتصال از اکسید و مواد زائد می‌گردد.
در زمینه متالوژی، این فرآیند به نام “تبلور نو” شناخته میشود که در اثر افزایش حرارت و فشار، دانه‌بندی‌های نزدیک به سطح فلز با یکدیگر آمیخته و پس از عمل جوش، دانه‌بندی جدید و مشترکی برای دو قطعه ایجاد میشود. این تبلور نو باعث میشود که دو قطعه پس از عمل جوش کاملاً یکپارچه باشند. اما در مورد خانواده فولادهای پرکربن، ممکن است مقداری از خواص مکانیکی فلز نیز تغییر کند. این تغییرات می‌توانند با استفاده از سیستم انیلینگ (نرمال‌سازی) کنترل شوند تا خواص فلز به حالت اولیه خود بازگردانده شود.
انواع جوش سر به سر
- جوش سر به سر مقاومتی بدون عمل قوس (UPSET WELDING)
- جوش سربه سر جرقه ای (FLASH WELDING)
- جوش سربه سر اصطحکاکی (FRICTION WELDING)
جوشکاری جرقه ای، جوش سر به سر و اصطحکاکی، خانواده ای از جوشکاری را تشکیل می دهند که کاربرد آنها در جوش قطعاتی با سطح مقطع یکسان و از طریق ایجاد جوش در سر تا سر محل اتصال، بدون اضافه نمودن فلز پرکننده در محل اتصال است. در این فرآیند نیروی ادغام، قبل، در حین و بعد از چرخه حرارتی به قطعات وارد می شود تا اتصال درونی بین آنها ایجاد کند. روش گرم کردن و زمان کاربرد نیرو این سه فرآیند را از هم متمایز میکند.
فرق اساسی دستگاه جوش مقاومتی درمکانیزم عمل دستگاه به گونه ای است که اجازه تشکیل قوس بین دو قطعه کار را نمی دهد.
شرایط جوش سر به سر چیست؟
– شرایط جوش بالا (High- rate conditions):
در این پروسه مقدار جریان (چگالی جریان) زیاد و زمان عبور جریان کوتاه است و طول اثر حرارت روی قطعه کم و از تغیر شکل جلوگیری مینماید. حاصل این روش جوش معمولاً ترد بوده و عموماً نیاز به آنیل (حرارت مجدد) شدن دارد. در ضمن، این روش در مقاطع پایین و برای فلزات رنگی کاربرد دارد.
– شرایط جوش پایین (Low – rate conditions):
در این پروسه مقدار جریان (چگالی جریان ) کم و زمان عبور جریان طولانی تر است. در نتیجه، اثر حرارتی در طول قطعه بیشتر خواهد بود و جوش از نرمی محسوسی برخوردار است. برای قطعات با سطح مقطع بزرگ از این روش استفاده میشود.
مزایای جوش سر به سر چیست؟
- سرعت: این فرآیند معمولاً کمتر از یک ثانیه طول می کشد.
- سادگی کنترل: فرآیند فقط سه متغیر عمده دارد (جریان، نیرو و زمان)
- عیوب کمتر: عیوب جوشکاری ذوبی مانند تخلخل، ذوب ناقص، پاشش و ترک خوردگی در این روش مشاهده نمیشود.
- خواص جوش مناسب: خواص متالوژیکی منطقه جوش و منطقه متاثر از حرارت، در این روش مناسبتر از فرآیند های ذوب است. به عنوان مثال استحکام منطقه جوش مانند روش های ذوبی کاهش نمییابد .
- سادگی تجهیزات: تجهیزات این روش پیچیدگی خاصی ندارند و نیازمند هزینه های نگهداری بالایی نیست.
- نداشتن مشکل: برخی از مشکلات مربوط به حضور عناصر آلیاژی در منطقه جوش که در فرآیندهای ذوبی وجود دارد، در اینجا مشاهده نمیشود.
- امکان انتقال موادی که از نظر جوشکاری مشکلاتی دارند: آلیاژهایی که به طور معمول غیرقابل جوشکاری هستند را میتوان با این فرآیند جوشکاری کرد. مثلا انواع مختلفی از فولادهای زنگ نزنA-286 ، سوپر آلیاژها (شامل نیکل TD)، مواد دیرگداز (مثل تنگستن)، تیتانیوم (گرید ٢) و آلیاژهای آلومینیوم را میتوان جوشکاری سر به سر کرد.
- اثرات شرایط جوشکاری: به جز پارامترهای اصلی نیرو، جریان و فشار، عموماً خیلی محدود است.
برخی از نکات مفید در جوشکاری مقاومتی (جوش سر به سر)
۱- مقدار زائده ایی که به صورت دایره ای از اطراف جوش خارج میشود، کمک به اتصال از اکسید می نماید.
۲- پهنه وسیعی از فلزات به شکل سیم، میله، تسمه و لوله قابل جوش به روش سر به سر هستند از جمله: فولادهای کربنی، فولادهای ضد زنگ، آلیاژهای آلومینیم، برنج، مس، آلیاژهای نیکل، آلیاژهای مقاومتی الکتریکی هستند.
۳- جوش سر به سر مس و آلیاژهای آن به اشکال مختلف امکان پذیر است. در انتهای کار، پس از خمیری شدن میبایست با حداقل فشار در هم ادغام بشوند.
۴- به طور کلی آلیاژهای مس با در صد بالای روی (cu-zn) قابلیت جوشکاری خوبی دارند.
۵- برای جوش سربه سر فلزات با دو جنس مختلف، از جوش سر به سر جرقه ای (Flash Welding) استفاده میکنند; مانند جوش سر مته به ساقه آن و همچنین آلومینیم به مس و پروفیل ها.
پروسه عملکرد دستگاه جوش سر به سر
- بار گذاری ماشین با قطعات کار، در یک راستا و به شکل سر به سر.
- گیر دادن قطعات به طور محکم.
- اعمال نیروی جوش.
- استارت جریان جوش.
- اعمال نیروی ادغام.
- قطع جریان جوش.
- رها نمودن نیروی ادغام.
- آزاد نمودن قطعه کار.
- به عقب برگرداندن فک ها و بی بار کردن ماشین.
تصاویر دستگاه جوش سر به سر مقاومتی
