Zgrzewanie oporowe to proces łączenia dwóch lub więcej kawałków metalu za pomocą ciepła wytwarzanego przez przepływ prądu elektrycznego przez stykające się powierzchnie. Ciepło powstaje wskutek oporu elektrycznego, a proces odbywa się bez dodawania materiału wypełniającego. Kluczowym elementem jest tutaj siła docisku, która zapewnia odpowiedni kontakt pomiędzy elementami i umożliwia przepływ prądu.

Zgrzewanie oporowe jest szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, elektrotechnicznym i AGD. Wyróżniamy kilka technik zgrzewania oporowego:

1. Zgrzewanie punktowe

2. Zgrzewanie liniowe

3. Zgrzewanie garbowe

4. Zgrzewanie doczołowe

Proces zgrzewania rezystancyjnego jest szczególnie ceniony za swoją wydajność, niskie koszty eksploatacji i wysoką jakość uzyskiwanych połączeń. W tym miejscu chciałbym jednak dopisać jedną uwagę. Tak jak podczas procesu clinchowania lub zgrzewania ultradźwiękowego jakość narzędzi pracujących (stempla i matrycy dla clinchowania lub sonotrody dla zgrzewania ultradźwiękowego) ma bezpośrednio „niewielki” wpływ. Tak w przypadku zgrzewania oporowego jakość elektrod, ich pozycja, liniowość, płaskość w miejscu współpracy oraz wiele innych czynników ma bezpośredni wpływ na jakość wykonywanego połączenia! Stąd, możliwe jest uzyskanie wysokiej jakości połączeń, przy wysokiej jakości maintanancie 😉.

Ocena jakości zgrzewania oporowego jest kluczowa, aby zapewnić trwałość i niezawodność połączeń. Proces ten jest często klasyfikowany jako proces specjalny, co oznacza, że wymaga szczególnej kontroli jakości. W ramach oceny jakościowej stosuje się różne metody, takie jak badania niszczące (np. próba rozciągania, próba ścinania) oraz nieniszczące (np. ultradźwięki, tomografia komputerowa).

Normy i standardy, które regulują jakość zgrzewania oporowego, to między innymi ISO 14373, AWS D17.2 oraz EN ISO 18278. Kontrola jakości obejmuje również monitorowanie parametrów procesu, a najlepiej przeprowadzanie statystycznej kontroli procesu dla następujących parametrów:

1. Prąd zgrzewania
2. Czas przepływu prądu
3. Czas docisku
4. Siła docisku
5. Średnica elektrod

Właściwe ustawienie i kontrola tych parametrów są kluczowe dla uzyskania wysokiej jakości zgrzein.

Technologia zgrzewania oporowego jest złożona i wymaga precyzyjnego sterowania. Proces składa się z kilku etapów: przygotowania powierzchni, ustawienia elementów, zgrzewania oraz kontroli jakości. Maszyny do zgrzewania oporowego są wyposażone w zaawansowane systemy sterowania, które umożliwiają precyzyjne ustawienie parametrów procesu.

Podstawowymi parametrami procesu są prąd zgrzewania, czas przepływu prądu oraz siła docisku. Prąd zgrzewania powinien być wystarczająco wysoki, aby wytworzyć odpowiednią ilość ciepła, ale nie za wysoki, aby uniknąć przegrzania materiału. Czas przepływu prądu musi być dostosowany do grubości i rodzaju materiału, a siła docisku powinna zapewnić odpowiedni kontakt między elementami.

Maszyny do zgrzewania oporowego mogą być wyposażone w różne rodzaje elektrod, które są dostosowane do specyficznych zastosowań. Elektrody są wykonane z materiałów o wysokiej przewodności elektrycznej i termicznej, takich jak miedź lub stopy miedzi. Poniżej przedstawiam tabelę doboru materiałów na elektrody w relacji do zgrzewanego materiału.

gjg-system.pl

Wybór odpowiednich elektrod jest kluczowy dla uzyskania wysokiej jakości zgrzein. Ważne jest aby mieć świadomość, że nie tylko materiał, ale i również kształt elektrody jest bardzo istotny. Ze względu na powierzchnie zgrzewane możemy korzystać z dość sporego wachlarza możliwości w tym aspekcie.

gjg-system.pl

gjg-system.pl

Zgrzewanie oporowe, podobnie jak inne procesy specjalne, jest podatne na różnego rodzaju błędy, które mogą wpływać na jakość połączeń. W analizie pFMEA (Failure Modes and Effects Analysis) zgrzewanie oporowe jest oceniane pod kątem potencjalnych wad i ryzyk.

Najczęściej spotykane błędy to:

• Niewłaściwe ustawienie parametrów procesu (prąd, czas, siła docisku)
• Zanieczyszczenia na powierzchni elementów zgrzewanych
• Zanieczyszczenia na powierzchni elektrod
• Niewłaściwy dobór elektrod
• Zużycie elektrod

W ramach analizy pFMEA, każdemu potencjalnemu błędowi przypisuje się wartość ryzyka (RPN – Risk Priority Number), która jest iloczynem trzech czynników: częstotliwości występowania, znaczenia oraz możliwości wykrycia. Dla zgrzewania oporowego, ze względu na krytyczność połączeń, wskaźnik severity jest najczęściej wysoki. Oczywiście ze względu na aktualizację w pFMEA, jako output z naszej pracy przy tym dokumencie będziemy mieli wskaźnik Action Priority, natomiast nadal jest on skalowany na podstawie SxOxD.

Przykładowo, niewłaściwe ustawienie parametrów procesu może prowadzić do powstania zgrzein o niskiej wytrzymałości mechanicznej, co w skrajnych przypadkach może skutkować awarią produktu. Aby minimalizować ryzyko, zaleca się regularną kalibrację maszyn oraz szkolenie operatorów. Innym przykładem jest zaniedbanie stanu elektrod. Zbierający się nagar na końcówce elektrody może przynieść sporo problemów produkcyjnych.

Bardzo prostym rozwiązaniem jest wprowadzenie TPM stanowiskowego i nakazanie pracownikom czyszczenie owego nagaru w odpowiedniej częstotliwości za pomocą gąbek scotch brite. Gąbki te nie rysują powierzchni elektrody, a dość dokładnie pozbywają się narastających zanieczyszczeń.

Zgrzewanie oporowe jest jednym z najbardziej efektywnych i wszechstronnych procesów łączenia metali. Zapewnia wysoką jakość połączeń, niskie koszty eksploatacji oraz możliwość automatyzacji. Proces ten jest szeroko stosowany w wielu branżach przemysłowych, w tym w motoryzacji, lotnictwie, elektronice i AGD.

Dzięki zaawansowanej technologii sterowania oraz precyzyjnemu monitorowaniu parametrów procesu, zgrzewanie oporowe jest w stanie zapewnić niezawodne i trwałe połączenia. Kluczowe jest jednak właściwe ustawienie parametrów, regularna kalibracja maszyn oraz odpowiednie szkolenie operatorów, aby minimalizować ryzyko wystąpienia wad.

Jako inżynier z wieloletnim doświadczeniem, mogę z całą pewnością stwierdzić, że zgrzewanie oporowe jest przyjemnym procesem technologicznym. Natomiast „upierdliwość” tego procesu powoduje, że moim zdaniem choćby clinchowanie jest dużo lepszym rozwiązaniem. W skali od 1 do 5, oceniam ten proces na 3+.