ZGRZEWANIE ELEKTRYCZNE
OPOROWE
PODSTAWY FIZYCZNE
Zgrzewanie elektryczne oporowe,
zwane niekiedy rezystancyjnym, jest
procesem, w którym trwałe połączenie
uzyskuje się w wyniku nagrzania
obszaru styku łączonych przedmiotów
przepływającym przez nie prądem
elektrycznym i odkształcenie plastyczne
tego obszaru odpowiednią siłą docisku.
Zgrzewanie oporowe może podzielić na:
> zwarciowe i iskrowe,
> punktowe, garbowe i liniowe,
> prądami wielkiej częstotliwości
Rys.1
Z definicji, przebieg każdego z tych
procesów jest zależny od:
> ilości wydzielonego ciepła Q,
> siły docisku P
z
Ilość energii cieplnej wydzielającej się w obszarze metali
znajdujących się między elektrodami doprowadzającymi prąd
zgrzewania, a więc na poszczególnych opornościach, jest ustalona
wzorem Joule'a-Lenza:
( ) ( )
dt
t
R
t
I
Q
tz
∫
=
0
2
gdzie:
I(t) - natężenie prądu zgrzewania, A; R(t) - całkowita
odporność elektryczna obszaru zgrzewania, ; tz - czas zgrzewania
(przepływu prądu zgrzewania), s.
Na ilość wydzielonego ciepła wpływają zatem:
>oporność całkowita obszaru zgrzewania,
> natężenie prądu zgrzewania
> czas procesu
Całkowita oporność obszaru zgrzewania (rys.1) to:
R
c =
R
ep
+R
p
+ R
S
1
zaś: R
ep =
R
ep1
+R
ep2
i R
p =
R
p1
+ R
p2
gdzie: R
c
- oporność całkowita, R
ep
(R
ep1
, R
ep2
) - oporności styku
elektrod z przedmiotem zgrzewanym, R
p
(R
p1
, R
p2
) – oporności
zgrzewanych elementów, R
S
– oporność styku pomiędzy elementami
zgrzewanymi.
Na początku zgrzewania największą oporność ma zawsze
obszar styku zgrzewanych przedmiotów. Wielkość oporności styku
R
S
zależy od stanu powierzchni, rodzaju zgrzewanego materiału i
siły docisku oraz temperatury, tab.1.
oraz rys.2 i 3.
Tab.1. Wpływ stanu powierzchni blach ze stali niskowęglowej o g=3
mm na oporność styku obszaru zgrzewania przy zgrzewaniu
oporowym punktowym z siłą docisku zgrzewania P=2,0 kN
Rys.2. Przebieg zmian oporności R
C
i
R
P
przy zgrzewaniu zwarciowym
elementów stalowych w funkcji
zmiany temperatury i siły P docisku
zgrzewania
2
W trakcie procesu zgrzewania oporność styku zgrzewanych
przedmiotów zmniejsza się w wyniku uplastycznienia
mikrochropowatości powierzchni i rozbicia warstw tlenkowych. Dla
każdej pary metali istnieje temperatura krytyczna przy której
oporność ta zanika i
R
C
=R
p1
+R
p2
.
Przy wzroście temperatury
wzrasta natomiast nieznacznie oporność przedmiotów zgrzewanych i
elektrod doprowadzających prąd.
Rozkład temperatur w złączu zgrzewanym punktowo
przedstawia rys.3.
Rys.3. Rozkład
temperatur w złączu
zgrzewanym oporowo
punktowo; A - po
upływie 20% czasu
zgrzewania, B - koniec
czasu zgrzewania, Tz -
średnia temperatura
jądra zgrzeiny, Tw -
temperatura wody
chłodzącej elektrody
punktowe
Parametry zgrzewania, tj. docisk, natężenie prądu zgrzewa-
jącego i czas jego przepływu, ustala się zależnie od zgrzewalności
danego materiału.
Pod pojęciem zgrzewalności rozumie się zdolność metalu do
tworzenia trwałych połączeń zgrzewanych, spełniających
stawiane im wymagania techniczne.
3
We wszystkich przypadkach, gdzie to jest możliwe, zaleca się
stosowanie jak największych docisków i prądów oraz jak naj-
krótszych czasów zgrzewania (tzw. twarde parametry zgrzewania).
Parametry takie umożliwiają otrzymanie: zgrzein dobrej jakości,
minimalnych odkształceń elementów zgrzewanych, niewielkich strat
ciepła i związanego z tym mniejszego zużycia energii elektrycznej
(rys. 4), a ponadto zapewniają możliwie najkrótszy kontakt zgrzeiny
z atmosferą.
Rys.4. Zależność mocy M
zgrzewania zwarciowego i
zużycia energii elektrycznej E
od czasu przepływu prądu
zgrzewania
W przypadku metali wrażliwych na duże prędkości
nagrzewania (np. stali austenitycznych) wybór twardych
parametrów zgrzewania jest niewłaściwy, należy w takich
przypadkach stosować tzw. parametry miękkie (małe prądy i długie
czasy zgrzewania przy odpowiednio dobranych naciskach).
4