ZGRZEWANIE ELEKTRYCZNE OPOROWE

ISKROWE

Rys.1. Zamocowanie elementów przy zgrzewaniu oporowym iskrowym; l

z

-

długość zamocowania przedmiotu w szczękach zgrzewarki, l

l

- długość

mocowania przedmiotu, 1- sumaryczna długość mocowania obu
zgrzewanych przedmiotów,

ΔW - sumaryczny naddatek na wyiskrzanie obu

przedmiotów,

ΔS - sumaryczny naddatek na spęczanie obu przedmiotów,

ΔC - sumaryczny naddatek na wyiskrzanie i spęczanie obu przedmiotów
(naddatek na zgrzewanie

)

Przebieg zgrzewania

W zgrzewaniu iskrowym nagrzanie
obszaru styku następuje poprzez
wyiskrzanie (łuki elektryczne).
Zgrzewane przedmioty dociśnięte
są początkowo tylko niewielką siłą,
konieczną dla zapewnienia
pojedyńczych styków (rys.2), w
których powstają mostki i
rozpoczyna się wyiskrzanie. Dalsze
wyiskrzanie na skutek zbliżania się
przedmiotów ruchem jednostajnym
lub posuwisto – zwrotnym (

⇔)

przebiega zgodnie ze schematem na
rys.2.

Rys.2. Przebieg wyiskrzania

1

Gdy, na skutek zbliżenia przedmiotów nastąpi zwarcie (silny

wzrost I i spadek U) rozpoczyna się proces spęczania ( znaczny
wzrost nacisku z P

i

do P

S

, rys3.) i następuje wyciśnięcie

uplastycznionego materiału (

i zanieczyszczeń

) w postaci

charakterystycznego rąbka, rys.4. Podstawowy cykl zgrzewania
może być uzupełniony (rys.3) podgrzewaniem wstępnym
(przedmioty o dużych i znacznie różniących się przekrojach i
metale nieżelazne) oraz obróbką cieplną.

Rys.3. Program zgrzewania oporowego iskrowego wraz z cyklem cieplnym
w obszarze zgrzeiny; Jp - natężenie prądu podgrzewania wstępnego, Jwp -
natężenie prądu wyiskrzania w etapie początkowym, Jw - natężenie prądu
wyiskrzania, Js- natężenie prądu spęczania, Jo - natężenie prądu obróbki
cieplnej, Pp - siła docisku w czasie podgrzewania wstępnego, P w - siła
docisku w czasie wyiskrzania, Ps - siła docisku w czasie spęczania

Rys.4. Makrostruktura złącza
doczołowego prętów o średnicy 35 mm
zgrzanych oporowo iskrowo (stal 55).
Widoczny charakterystyczny dla
zgrzewania iskrowego rąbek

2

Parametry zgrzewania

⇒ natężenie prądu (moc jednostkowa, gęstość, napięcie wtórne) ,
⇒ prędkość wyiskrzania w mm/s,
⇒ naddatek na wyiskrzanie w mm,

⇒ prędkość spęczania w mm/s,
⇒ siła docisku spęczania (a także wyiskrzania) w kN,
⇒ naddatek na spęczanie w mm,

⇒długość mocowania w mm (nie tak istotna jak przy zwarciowym)

Zalecane parametry zgrzewania różnych metali przedstawia

tabela 1.

Tabela 1

Prędkość wyiskrzania początkowo jest mała, potem się

zwiększa aż do max wartości końcowej (stąd dwa zapisy w tabeli).

Pozostałe parametry zgrzewania takie jak naddatki na

zgrzewanie

ΔC i sumaryczna długość mocowania l muszą być też

odpowiednio dobrane. Ponieważ dobór jest dość skomplikowany
należy korzystać z odpowiedniej literatury lub instrukcji
zgrzewarek. Należy jednak pamiętać, że parametry zgrzewania
będą się różnić w zależności od rodzaju zgrzewanych powierzchni
(kształtowniki, blachy, pierścienie, obręcze itp.)

Różne też będzie dla tych elementów przygotowanie do

zgrzewania.

3

Przygotowanie elementów do zgrzewania

Elementy

zgrzewane

iskrowo

nie wymagają

tak starannego

przygotowania jak zgrzewane zwarciowo (wyiskrzanie wyrzuca
zanieczyszczenia i niweluje nierówności). Zalecane przygotowanie
przedmiotów do zgrzewania ilustrują rysunki 5-7.

Rys.5. Dopuszczalne
odchyłki od wymiaru
nominalnego zgrzewanych
przedmiotów o różnych
wymiarach: a) pręty
okrągłe, b) rury, c) pręty o
przekroju prostokątnym

Rys.7.Przykłady ukosowania
powierzchni czołowych przedmiotów
w celu ułatwienia procesu zgrzewania
oporowego iskrowego: a) rury, b)
blachy, c) pręty

Rys.6. Zalecane przygotowanie
do zgrzewania oporowego
iskrowego powierzchni czołowej
przedmiotów o złożonych
kształtach;

ΔC - sumaryczny

naddatek na zgrzewanie

4

W przypadkach gdy zgrzewane elementy

różnią się istotnie

temperaturą topnienia lub opornością elektryczną właściwą

, to

konieczne jest zapewnienie równowagi cieplnej w obszarze
zgrzewania. Można to uzyskać (rys.8.) poprzez:

⇒

zmianę długości mocowania,

⇒

zmianę kąta ukosowania powierzchni czołowej,

⇒

podgrzanie bocznikiem z Cu (usuwany po podgrzaniu).

Rys.8. Sposoby zapewnienia
równowagi cieplnej w obszarze
zgrzewania oporowego iskrowego
przedmiotów różniących się
opornością elektryczną właściwą

ς

lub temperaturą topnienia T

t

Zalety i zastosowanie zgrzewania iskrowego

Zgrzewanie iskrowe w porównaniu ze zwarciowym posiada

następujące zalety:

♦

Większa wytrzymałość i plastyczność złącza,

♦

Szerszy zakres możliwości zgrzewania ze sobą różnych metali

(okres wyiskrzania może trwać tak długo aż każdy z metali osiągnie
temperaturę topnienia),

♦

Prostsze przygotowanie przedmiotów,

♦

Mniejsze zużycie energii i większa szybkość zgrzewania a zatem

większa wydajność,

♦

Wąska strefa wpływu ciepła.

5

Zgrzewanie oporowe iskrowe znajduje zastosowanie do

łączenia doczołowego rur, drutów, prętów kształtowników (rys.9),
ram okiennych i drewnianych, szyn kolejowych, odkuwek,
wlewków, taśm, blach, ogniw łańcuchów, obręczy kół
samochodowych, narzędzi skrawających (rys.10), wałów itd.

Zgrzewa się przedmioty wykonane ze stali węglowych,

niskostopowych, wysokostopowych, miedzi i stopów miedzi,
aluminium i jego stopów, tytanu oraz żeliw sferoidalnych.
Możliwe jest łączenie stali z miedzią, miedzi z aluminium, stali
niskowęglowych ze stalą narzędziową.

Rys.9. Przykład złącza aluminiowego
zgrzewanego iskrowo o złożonym
kształcie i ustawieniu powierzchni
łączonych pod kątem (widoczny
wyciśnięty metal ze złącza w okresie
spęczania)

Rys.10. Przykłady narzędzi
tnących zgrzewanych iskrowo ze
stali narzędziowej i węglowej:
1 - chwyt ze stali węglowej, 2 -
część robocza ze stali narzędziowej

Zgrzewanie oporowe iskrowe umożliwia łączenie przedmiotów

stalowych o przekrojach ponad

100000 mm

2

, z tytanu do

5000

mm

2

, aluminium i stopów aluminium do

90000 mm

2

oraz miedzi i

stopów miedzi do

30000 mm

2

. Zgrzewarka automatyczna firmy

ESAB, wyposażona w dwa transformatory o mocy 140 kVA i
maksymalnym prądzie zgrzewania 80 kA, w ciągu 6 minut
zgrzewa oporowo iskrowo z podgrzewaniem wstępnym stalowe
ogniwa łańcuchów kotwicznych zbiornikowców o średnicy 172
mm i długości roboczej 700 mm, zwiniętych z pręta o długości
2200 mm i masie ok. 450 kg.

6