اللحام النقطي

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
لحام موضعي محمول

اللحام النقطي (أو اللحام النقطي المقاوم [ 1 ] ) هو نوع من أنواع اللحام المقاوم الكهربائي المستخدم في لحام منتجات الصفائح المعدنية المختلفة، من خلال عملية يتم فيها ربط نقاط سطح المعدن المتلامسة بالحرارة الناتجة عن مقاومة التيار الكهربائي .

تستخدم هذه العملية قطبين كهربائيين مصنوعين من سبيكة نحاسية مُشكّلة لتركيز تيار اللحام في بقعة صغيرة، ولتثبيت الصفائح معًا في الوقت نفسه. تُثبّت قطع العمل معًا تحت ضغط الأقطاب الكهربائية. عادةً ما يتراوح سمك الصفائح بين 0.5 و3 مم (0.020 إلى 0.118 بوصة) . يؤدي تمرير تيار كهربائي قوي عبر البقعة إلى صهر المعدن وتكوين اللحام. الميزة الجذابة للحام النقطي هي إمكانية توصيل كمية كبيرة من الطاقة إلى البقعة في وقت قصير جدًا (حوالي 10-100 مللي ثانية). [ 2 ] وهذا يسمح بإتمام عملية اللحام دون تسخين مفرط لبقية الصفيحة.  

تُحدد كمية الحرارة (الطاقة) المُوَصَّلة إلى نقطة اللحام بناءً على المقاومة بين الأقطاب الكهربائية وشدة التيار ومدته. [ 3 ] تُختار كمية الطاقة لتتناسب مع خصائص مادة الصفيحة، وسُمكها، ونوع الأقطاب الكهربائية. إن تطبيق طاقة قليلة جدًا لن يُذيب المعدن أو سيُنتج لحامًا رديئًا. أما تطبيق طاقة زائدة فسيُذيب كمية كبيرة من المعدن، ويُخرج المعدن المنصهر، ويُحدث ثقبًا بدلًا من اللحام. [ 4 ] من مميزات اللحام النقطي أيضًا إمكانية التحكم في الطاقة المُوَصَّلة إلى نقطة اللحام لإنتاج لحامات موثوقة.

العملية والمعدات

روبوت لحام موضعي

تتضمن عملية اللحام النقطي ثلاث مراحل؛ تبدأ المرحلة الأولى بتقريب الأقطاب الكهربائية من سطح المعدن والضغط عليها ضغطًا خفيفًا. ثم يُمرر التيار الكهربائي من الأقطاب لفترة وجيزة، وبعدها يُفصل التيار مع بقاء الأقطاب في مكانها حتى يبرد المعدن. تتراوح مدة اللحام بين 0.01  ثانية و0.63  ثانية، وذلك تبعًا لسمك المعدن وقوة الضغط على الأقطاب وقطرها.

تتكون المعدات المستخدمة في عملية اللحام النقطي من حوامل أدوات وأقطاب كهربائية. تعمل حوامل الأدوات كآلية لتثبيت الأقطاب الكهربائية بإحكام في مكانها، كما تدعم خراطيم المياه الاختيارية لتبريد الأقطاب أثناء اللحام. تشمل طرق تثبيت الأدوات: النوع ذو المقبض، والنوع الخفيف، والنوع العالمي، والنوع ذو الإزاحة العادية. تُصنع الأقطاب الكهربائية عادةً من سبيكة ذات مقاومة منخفضة، وغالبًا ما تكون من النحاس، وتُصمم بأشكال وأحجام مختلفة حسب التطبيق المطلوب.

The two materials being welded together are known as the workpieces and must conduct electricity. The width of the workpieces is limited by the throat length of the welding apparatus and ranges typically from 5 to 50 inches (13 to 130 cm). Workpiece thickness can range from 0.008 to 1.25 inches (0.20 to 32 mm).[5]

After the current is removed from the workpiece, it is cooled via the coolant holes in the center of the electrodes. Both water and a brine solution may be used as coolants in spot welding mechanisms.

In the case of resistance spot welding, there are two main parts of the tooling system, the features of which fundamentally influence the whole process: the gun and its type, and the size and shape of the electrode. In such application, where the gun layout should be as rigid as possible due to the high applying forces (e.g. welding of thick materials), the C-type gun is widely used. As well as the high resulting rigidity, this arrangement leads to a high tooling flexibility, as the motion of the electrodes is collinear. Unlike the C-type, the so-called X-type arrangement provides less rigidity, although the reachable workspace is far larger than with the C-type, thus this layout is very common, where thin and flat objects are being processed (e.g. manufacturing of floor pan or roof panel). However, it offers less flexibility in terms of tooling, because the paths of the moving electrodes are not collinear (like the tips of a scissor), so a dome-shaped electrode tip should be used.

Electrodes used in spot welding can vary greatly with different applications. Each tool style has a different purpose. Radius style electrodes are used for high heat applications, electrodes with a truncated tip for high pressure, eccentric electrodes for welding corners, offset eccentric tips for reaching into corners and small spaces, and finally offset truncated for reaching into the workpiece itself.

Characteristics

The spot welding process tends to harden the material, causing it to warp. This reduces the material's fatigue strength, and may stretch the material as well as anneal it. The physical effects of spot welding include internal cracking, surface cracks and a bad appearance. The crack around the weld nugget will be extended under an external load or fatigue to produce a different type of failure.[6][7] The chemical properties affected include the metal's internal resistance and its corrosive properties.

Welding times are often very short, which can cause problems with the electrodes—they cannot move fast enough to keep the material clamped. Welding controllers will use a double pulse to get around this problem. During the first pulse, the electrode contact may not be able to make a good weld. The first pulse will soften the metal. During the pause between the two pulses, the electrodes will come closer and make better contact.

During spot welding, the large electric current induces a large magnetic field, and the electric current and magnetic field interact with each other to produce a large magnetic force field too, which drives the melted metal to move very fast at a velocity up to 0.5 m/s. As such, the heat energy distribution in spot welding could be dramatically changed by the fast motion of the melted metal.[8][9][10] The fast motion in spot welding can be observed with high-speed photography.[11]

The basic spot welder consists of a power supply, an energy storage unit (e.g., a capacitor bank), a switch, a welding transformer, and the welding electrodes. The energy storage element allows the welder to deliver high instantaneous power levels. If the power demands are not high, then the energy storage element isn't needed. The switch causes the stored energy to be dumped into the welding transformer. The welding transformer steps down the voltage and steps up the current. An important feature of the transformer is it reduces the current level that the switch must handle. The welding electrodes are part of the transformer's secondary circuit. There is also a control box that manages the switch and may monitor the welding electrode voltage or current.

The resistance presented to the welder is complicated.[12] There is the resistance of secondary winding, the cables, and the welding electrodes. There is also the contact resistance between the welding electrodes and the workpiece. There is the resistance of the workpieces, and the contact resistance between the workpieces.

في بداية عملية اللحام، تكون مقاومة التلامس عالية عادةً، لذا تتبدد معظم الطاقة الأولية هناك. تعمل هذه الحرارة وقوة التثبيت على تليين وتنعيم المادة عند سطح التلامس بين القطب الكهربائي والمادة، مما يُحسّن التلامس (أي يُقلل مقاومة التلامس). ونتيجةً لذلك، تنتقل طاقة كهربائية أكبر إلى قطعة العمل، مما يزيد من مقاومة الوصلة بين قطعتي العمل. ومع وصول الطاقة الكهربائية إلى اللحام وارتفاع درجة حرارته، ينقل كل من القطب الكهربائي وقطعة العمل هذه الحرارة. الهدف هو تطبيق طاقة كافية لصهر جزء من المادة داخل نقطة اللحام دون صهرها بالكامل. ينقل محيط نقطة اللحام كمية كبيرة من الحرارة، مما يُحافظ على درجة حرارته منخفضة. أما داخل نقطة اللحام، فينقل كمية أقل من الحرارة، لذا ينصهر أولاً. إذا استمر تطبيق تيار اللحام لفترة طويلة جدًا، تنصهر نقطة اللحام بالكامل، أو تنفد المادة، أو تفشل العملية لأي سبب آخر، ويتحول "اللحام" إلى ثقب.

يعتمد الجهد الكهربائي اللازم للحام على مقاومة المادة المراد لحامها، وسُمك الصفيحة، وحجم منطقة اللحام المطلوبة. عند لحام تركيبة شائعة مثل  صفيحة فولاذية بسُمك 1.0 مم + 1.0 مم، يكون الجهد بين الأقطاب حوالي 1.5  فولت فقط في بداية اللحام، ولكنه قد ينخفض ​​إلى 1  فولت في نهايته. وينتج هذا الانخفاض في الجهد عن انخفاض المقاومة بسبب انصهار قطعة العمل. ويكون جهد الدائرة المفتوحة للمحول أعلى من ذلك، ويتراوح عادةً بين 5 و22 فولت. [ 13 ]

تتغير مقاومة نقطة اللحام أثناء تدفق المعدن وانصهاره. تستطيع معدات اللحام الحديثة مراقبة اللحام وتعديله في الوقت الفعلي لضمان لحام متناسق. وقد تسعى هذه المعدات إلى التحكم في متغيرات مختلفة أثناء اللحام، مثل التيار والجهد والطاقة.

تتراوح أحجام أجهزة اللحام من 5 إلى 500  كيلو فولت أمبير. [ 14 ] يمكن أن تصل أجهزة اللحام النقطي الدقيقة، المستخدمة في مجموعة متنوعة من الصناعات، إلى 1.5  كيلو فولت أمبير أو أقل لتلبية احتياجات اللحام الدقيق.

من الشائع أن يتم إطلاق رذاذ من قطرات المعدن المنصهر (الشرارات) من منطقة اللحام أثناء العملية.

لا ينتج عن لحام المقاومة النقطي قوس كهربائي ساطع، لذا لا يلزم استخدام الحماية من الأشعة فوق البنفسجية. تشترط إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) استخدام واقيات وجه شفافة أو نظارات واقية للحماية من تناثر اللحام، ولكنها لا تشترط استخدام عدسات مرشحة. [ 15 ]

التطبيقات

مصنع بي إم دبليو في لايبزيغ، ألمانيا: لحام موضعي لهياكل سيارات بي إم دبليو الفئة الثالثة باستخدام روبوتات KUKA الصناعية

Spot welding is typically used when welding particular types of sheet metal, welded wire mesh or wire mesh. Thicker stock is more difficult to spot weld because the heat flows into the surrounding metal more easily. Spot welding can be easily identified on many sheet metal goods, such as metal buckets. Aluminium alloys can be spot welded, but their much higher thermal conductivity and electrical conductivity requires higher welding currents. This requires larger, more powerful, and more expensive welding transformers.

Perhaps the most common application of spot welding is in the automobile manufacturing industry, where it is used almost universally to weld the sheet metal to form a car. Spot welders can also be completely automated, and many of the industrial robots found on assembly lines are spot welders (the other major use for robots being painting).

Spot welding is also used in the orthodontist's clinic, where small-scale spot welding equipment is used when resizing metal "molar bands" used in orthodontics.

Another application is spot welding straps to nickel–cadmium, nickel–metal hydride or Lithium-ion battery cells to make batteries. The cells are joined by spot welding thin nickel straps to the battery terminals. Spot welding can keep the battery from getting too hot, as might happen if conventional soldering were done.

Good design practice must always allow for adequate accessibility. Connecting surfaces should be free of contaminants such as scale, oil, and dirt, to ensure quality welds. Metal thickness is generally not a factor in determining good welds.

Modifications

Projection welding is a modification of spot welding in which the weld is localized by means of raised sections, or projections, on one or both of the workpieces to be joined. Heat is concentrated at the projections, which permits the welding of heavier sections or the closer spacing of welds. The projections can also serve as a means of positioning the workpieces. Projection welding is often used to weld studs, nuts, and other threaded machine parts to metal plate. It is also frequently used to join crossed wires and bars. This is another high-production process, and multiple projection welds can be arranged by suitable designing and jigging.[16]

See also

References

  1. ↑ لاري ف. جيفوس (2002). اللحام: المبادئ والتطبيقات . سينجايج ليرنينج. ص  694. ISBN 9781401810467تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2014 .
  2. ↑ robot-welding.com مؤرشف بتاريخ 17 يناير 2010 في أرشيف الإنترنت
  3. ↑ تأثير جول، انظر قوانين جول
  4. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 4456810، التحكم الانتقائي التكيفي في اللحام، يونيو 1984. "تتوقف عملية اللحام ... قبل أن يتجاوز المصهور قطر القطب. وإلا، فسوف ينبعث من نقطة اللحام وابلٌ مثيرٌ للإعجاب ولكنه غير مرغوب فيه على الإطلاق من الشرر والمعادن الساخنة."
  5. ↑ روبرت هـ. تود؛ ديل ك. ألين؛ ليو ألتينغ (1994). دليل مرجعي لعمليات التصنيع . دار النشر الصناعية. رقم ISBN 0831130490.
  6. ↑ المختار، أ.م. (2015). مبادئ واعتبارات قابلية اللحام النقطي، إجراءات ومعايير اللحام، جودة اللحامات (الطبعة الأولى ). ساربروكن. ISBN  978-3-8381-5129-8. OCLC 934173073 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  7. ↑ المختار، أ.م. (2016). "مراجعة لصفائح اللحام النقطي المقاوم: العمليات وأنماط الفشل" . منتدى الهندسة المتقدمة . 17 : 31-57 . doi : 10.4028/www.scientific.net/AEF.17.31 . ISSN 2234-991X . S2CID 137975371 .  
  8. ↑ YB Li، ZQ Lin، SJ Hu، وGL Chen، "التحليل العددي لسلوكيات ديناميكيات الموائع المغناطيسية أثناء لحام المقاومة النقطية"، مجلة الفيزياء التطبيقية ، 2007، 101(5)، 053506
  9. ↑ YB Li، ZQ Lin، Q Shen وXM Lai، التحليل العددي لظواهر النقل في عملية اللحام النقطي المقاوم ، معاملات الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، مجلة علوم وهندسة التصنيع ، 2011، 133(3)، 031019-1-8
  10. ↑ YB Li, ZY Wei, YT Li, Q Shen, ZQ Lin, تأثير زاوية المخروط للإلكترود المقطوع على انتقال الحرارة والكتلة في لحام المقاومة النقطي ، المجلة الدولية لانتقال الحرارة والكتلة ، 2013، 65(10)، 400-408
  11. ↑ أ. كانينغهام، إم إل بيغيمان، "دراسة أساسية للحام المشاريع باستخدام التصوير الحاسوبي عالي السرعة"، مجلة اللحام ، 1965، المجلد 44، 381-384
  12. ↑ جيف شانون، "التطورات في تكنولوجيا اللحام المقاوم توفر جودة لحام وموثوقية محسّنة لمصنعي البطاريات"، منتجات وتكنولوجيا طاقة البطاريات ، يوليو/أغسطس 2007، المجلد 11، العدد 4،.
  13. ↑ إس آر ديب؛ إس. ديب (2010). تكنولوجيا الروبوتات والأتمتة المرنة . دار تاتا ماكجرو هيل للتعليم. ص 491. ISBN  9780070077911تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2014 .
  14. ↑ جورج ف. شريدر؛ أحمد ك. الشناوي (2000). عمليات التصنيع والمواد . جمعية مهندسي التصنيع. ص 311. ISBN  9780872635173تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2014 .
  15. ↑ إدارة السلامة والصحة المهنية (26 مارس 2012). "اللحام والقطع واللحام بالنحاس 1910.252(ب)(2)(أ)(ج)" . معايير السلامة والصحة المهنية . وزارة العمل الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 8 أكتوبر 2018 .
  16. ↑ كوجلر، أ.ن. (1977). أساسيات اللحام . مدارس المراسلة الدولية. رقم مكتبة الكونغرس 77360317 .