TECHNOLOGIE ŁĄCZENIA MATERIAŁÓW
Weronika Jabczyńska
WBMiZ
IM
Grupa B

ZGRZEWANIE OPOROWE DOCZOŁOWE I TARCIOWE

Charakterystyka zgrzewania doczołowego:

Zgrzewanie oporowe doczołowe polega na łączeniu części na całej powierzchni ich przekroju. Ze względu na odmienny charakter przebiegu procesu nagrzewania części, rozróżnia się zgrzewanie zwarciowe i iskrowe.

1. Zwarciowe

proces zgrzewania doczołowego, w którym trwałe połączenie między silnie dociśniętymi do siebie przedmiotami otrzymuje się na całej powierzchni styku dzięki nagrzewaniu oporowemu tego obszaru przepływającym prądem elektrycznym i następnie odkształceniu plastycznemu po osiągnięciu wymaganej temp. zgrzewania.

W zależności od doboru parametrów zgrzewania, rodzaju łączonych metali oraz przekroju złącza obszar zgrzewania jest nagrzewany do stanu znacznego uplastycznienia (w przypadku stali do temp. ok. 1200-1300°C), zapewniając trwałe połączenie metaliczne w stanie stałym. Możliwe jest też nagrzanie obszaru zgrzewania do temp. wyższych od temp. topnienia i również połączenia w stanie stałym po wyciśnięciu ciekłego metalu wraz z zanieczyszczeniami na zewnątrz, do rąbka zgrzeiny (powierzchnie stykowe zgrzewanych przedmiotów muszą być dokładnie oczyszczone z wszelkich zanieczyszczeń tlenkowych i organicznych i też dokładnie dopasowane). Przepływ prądu zgrzewania, musi odbywać się równomiernie na całym przekroju zgrzewanych przedmiotów, gdyż zanieczyszczenia utrudniają przebieg procesu zgrzewania, a pozostając w złączu, zmniejszają jego przekrój czynny. Niedopasowanie powierzchni stykowych, powoduje nierównomierne nagrzewanie styku oraz miejscowe przegrzanie i silne utlenienie części zgrzewanego przekroju. Ważne jest dokładne oczyszczenie zewnętrznej powierzchni przedmiotów, co najmniej w obszarze mocowania w szczękach zgrzewarki, w celu zapewnienia równomiernego doprowadzenia prądu zgrzewania i uniknięcia punktowych styków prądowych elektrody z przedmiotem, które powodują intensywne przegrzanie tych obszarów. Zgrzewanie oporowe zwarciowe jest stosowane do łączenia prętów, kształtowników, rur, małych zbiorników, obręczy, ogniw łańcuchów o przekrojach od 0,05mm² do 1000-1500mm², wykonanych ze stali węglowych, niskostopowych, wysokostopowych, stopów oporowych, stopów niklu, miedzi, aluminium, stopów miedzi i stopów aluminium oraz metali szlachetnych.

1. Z wyiskrzaniem

Jest to proces, w którym trwałe połączenie uzyskuje się przez nagrzanie oporowe obszaru styku zgrzewanych przedmiotów, przez wyiskrzanie ciekłego metalu z obszaru styku zgrzewanych przedmiotów, przez wyiskrzanie ciekłego metalu z obszaru styku w wyniku przepływu prądu elektrycznego i następnie wywarcie docisku spęczania. Zgrzewane przedmioty zamocowane w elektrodach zgrzewarki dociśnięte są do siebie czołowymi powierzchniami stykowymi z nieznaczną siłą, jedynie w celu zapewnienia styku prądowego w jednym lub w kilku miejscach. Wyiskrzaniem nazywamy tworzenie ciekłych mostków prądowych, a następnie gwałtowne ich rozrywanie w wyniku działania sił elektromagnetycznych i ciśnienia par metali.

Proces zgrzewania oporowego iskrowego może odbywać się automatycznie lub ze sterowaniem ręcznym. Zgrzewanie oporowe iskrowe umożliwia łączenie przedmiotów stalowych o przekrojach ponad 100000mm², z tytanu do 5000mm², aluminium i stopów aluminium do 90000mm² oraz miedzi i stopów miedzi do 30000mm².

Charakterystyka zgrzewania tarciowego:

Zgrzewanie tarciowe jest procesem, w którym w wyniku tarcia w obszarze wzajemnego styku zgrzewanych przedmiotów i bezpośredniej zmiany energii mechanicznej na energię cieplną jest wytworzone ciepło zgrzewania i trwałe połączenie. Zgrzewane przedmioty są dociśnięte do siebie z odpowiednią siłą, zwaną siłą tarcia, a jeden z przedmiotów obraca się wokół osi złącza lub przesuwa się ruchem posuwisto-zwrotnym względem drugiego, dzięki czemu energia kinetyczna tego ruchu jest zmieniona na ciepło tarcia. Proces tarcia i wydzielania ciepła trwa tak długo, aż oba przedmioty osiągną w obszarze łączenia wymaganą temp. zgrzewania, zwykle poniżej temp. topnienia zgrzewanych metali. Następuje wtedy zatrzymanie ruchu względnego przedmiotów zgrzewanych i jest wywierana siła docisku spęczania, która zapewnia trwałe połączenie metaliczne w stanie stałym. Jeśli podczas zgrzewania nastąpi stopienie powierzchni stykowej obu lub jednego ze zgrzewanych przedmiotów, ciekły metal jest wyciskany na zewnątrz do rąbka zgrzeiny i połączenie również odbywa się w stanie stałym. Przedmioty zgrzewane tarciowo muszą być przygotowane do łączenia w taki sposób, aby powierzchnia tarcia była wolna od jakichkolwiek zanieczyszczeń, a zwłaszcza od tłuszczów i smarów.

Ocena zgrzeiny:

Ćwiczenie polegało na wykonaniu trzech zgrzein metodą zgrzewania doczołowego z wyiskrzaniem. Po zapoznaniu się z charakterystyką procesu oraz aparaturą zgrzewane pręty zamocowano w szczękach zgrzewarki. Nie odbyło się specjalne przygotowanie powierzchni zgrzewanych, zadbano jedynie o styk prądowy. Pręty były do siebie zbliżane do czasu rozpoczęcia procesu wyiskrzania. W czasie tego procesu można było obserwować iskierki stopionego metalu tryskającego z obszaru styku na niewielką odległość. Następnie przyłożony został docisk spęczania, pociągający za sobą trwałe połączenie elementów. Po zakończeniu spęczania i wyjęciu elementu ze szczęk zgrzewarki dokonano makroskopowej obserwacji złącz.

Analizując pierwsze połączenie możemy zauważyć brak zachowania warunku współosiowości co było wynikiem złego zamocowania w szczękach. Z powodu zbyt małej siły spęczania otrzymaliśmy zbyt małe wypływki. Dodatkowo źle dobraliśmy czas przepływu prądu zgrzewania, który okazał się zbyt krótki.

W drugim połączeniu również mogliśmy zaobserwować brak zachowania osiowości. Popełniliśmy podobne błędy jak podczas zgrzewania pierwszych prętów: czas zgrzewania oraz przepływu prądu były zbyt krótkie, zaobserwowano brak wypływki.

Wnioski:

Analizowane procesy zgrzewania charakteryzują się brakiem konieczności stosowania materiałów dodatkowych podczas tworzenia połączenia. Zgrzewanie tarciowe stosuje się w przypadku łączenia elementów obciążonych dużymi siłami, odpowiedzialnych elementów konstrukcyjnych. Zaletą jest możliwość łączenia przedmiotów o różnych przekrojach oraz nie wymagane przewodnictwo elektryczne.

W przypadku zgrzewania oporowego z wyiskrzaniem istotne jest, aby elementy łączone charakteryzowały się przewodnictwem elektronowym. Nie wymaga się natomiast wysokiej czystości oraz równomierności powierzchni styku.

Wykonując połączenia za pomocą metody zarówno zgrzewania tarciowego jak i z wyiskrzaniem ważne jest odpowiednie dobranie parametrów procesu.