Sudarea prin rezistență

Sudarea prin rezistență (RW Resistance Welding sau în terminologie American Welding Society ) este o metodă de sudare a presiunii autogene în care materialul este încălzit prin rezistență electrică.

Mașină de sudat la punct (rezistență)

Exercitând, prin intermediul unui electrod metalic, o presiune pe o zonă limitată a materialului și lăsând un curent electric de o intensitate dată să treacă prin electrod, datorită efectului Joule căldura generată în diferitele secțiuni va fi proporțională la rezistența secțiunilor în sine:

E = RI ² t

unde este:

E este energia generată (exprimată în jouli );
R este rezistența locală (exprimată în ohmi );
I este intensitatea curentului electric (exprimată în amperi );
t este timpul de trecere curent (exprimat în secunde ).

Diferitele rezistențe întâlnite în circuit (neglijând rezistența internă a generatorului de curent, care, în mod constructiv, este menținut cât mai scăzut posibil) sunt:

r ₁ : rezistența la contact între electrod (din cupru sau aliajele sale) și cele două părți care trebuie sudate (de obicei din fier );
r ₂ : rezistența părților din fier;
r ₃ : rezistența la contact între cele două părți de fier.

Cea mai mare rezistență este r ₃ , mai mare decât r _1, deoarece cuprul are un modul de elasticitate mai mic decât cel al fierului, prin urmare suprafața de contact la un nivel microscopic este mai mare decât cea a contactului fier-fier. În consecință, căldura este generată mai ales între cele două suprafețe de fier de sudat, generând topirea materialului într-un volum limitat. În jurul zonei topite se formează o zonă modificată termic, în care metalul (fierul) suferă deformări la temperaturi ridicate, chiar și fără topire. Dintr-o micrografie a două părți sudate cu rezistență, este ușor să se distingă carcasa din plastic de zona fuzionată, în care structura cristalină este dendritică . Prin reducerea presiunii și întreruperea fluxului de curent în electrod, materialul se solidifică prin conectarea celor două piese prin sudare. Având în vedere caracteristicile sale, această metodă de sudare tinde să fie efectuată pe grosimi mici de material.

Sudarea prin rezistență este în general utilizată pentru sudarea oțelurilor și se realizează în trei faze:

electrozii (în general cupru ) sunt apropiați de suprafața pieselor de sudat (de obicei două foi ) și se exercită presiunea necesară pentru a comprima piesele împreună;
un curent predeterminat este trecut prin electrozi;
electrozii sunt îndepărtați de pe suprafețele piesei de prelucrat, care sunt astfel unite de un mic volum de topit și solidificat ( sudare prin puncte sau sudare prin punct).

În cazul prelucrării pe grosimi mari sau a oțelurilor supuse în mare măsură fenomenelor de întărire , înainte de lansarea curentului de sudare se lansează un curent de intensitate mai mică pentru a aduce materialul la „căldură roșie”, crescând astfel uniformitatea temperaturii materialului și reducerea ratei de răcire. Post-încălzirea este, de asemenea, utilizată uneori și pentru aceste materiale, lăsând un curent de intensitate foarte mică să treacă o perioadă suficientă prin locul de sudură înainte de a desprinde electrozii.

Valorile care pot fi considerate „tipice” pentru sudarea foilor de oțel cu grosimea de 1 mm sunt: diametrul electrodului de 5 mm, curentul de sudare de 8000 A, presiunea electrodului pe foaia de 70 MPa , timpul de sudare 0,2 s.

Sudarea prin rezistență, în comparație cu sudarea cu arc , are avantajul de a avea cicluri termice mai puțin severe, deci de a avea o zonă modificată termic semnificativ redusă decât cea a sudării cu arc. Pe de altă parte, sudarea prin rezistență poate fi realizată numai pe grosimi limitate (în general mai mici de 3 mm, chiar dacă cu parametrii și electrozii studiați într-un mod particular poate fi de până la 6 mm ^[1] ) și necesită proceduri speciale și foarte costisitoare să asigure îmbinări continue (electrozi de disc). Cele mai mari avantaje ale sudării constă în costurile reduse și în faptul că poate fi ușor automatizată. Acest lucru îl face preferat pentru producția de masă, cum ar fi domeniul auto și producția de aparate de uz casnic .

Sudură în puncte

Sudarea prin puncte este o metodă de sudare prin rezistență utilizată pentru a uni două până la patru plăci metalice suprapuse până la 3 mm grosime fiecare. În unele aplicații cu doar două foi metalice suprapuse, grosimea foilor poate ajunge la 6 mm. Doi electrozi de cupru sunt utilizați simultan pentru a ține împreună plăcile metalice și pentru a trece curentul prin plăci. Când curentul este trecut, prin electrozi, prin plăci, se generează căldură datorită rezistenței electrice mai mari în punctul în care suprafețele vin în contact reciproc. Pe măsură ce căldura se disipează în lucru, creșterea temperaturii determină creșterea rezistenței, iar căldura este apoi generată din curent prin această rezistență. Rezistența suprafeței scade rapid și căldura este generată în curând numai de rezistența materialului.

Electrozii de cupru răciți cu apă elimină rapid căldura de la suprafață, deoarece cuprul este un excelent conductor de căldură. Căldura din centru nu are încotro, deoarece metalul piesei de prelucrat este un conductor slab de căldură în comparație cu cel al electrodului. Căldura rămâne în centru, topind metalul din centru spre exterior. Pe măsură ce căldura se disipează prin piesă în mai puțin de o secundă, starea topită (sau cel puțin din plastic) se acumulează pentru a îndeplini vârfurile de lipit. Când curentul este întrerupt, capetele electrozilor răcesc locul de sudură, determinând solidificarea metalului sub presiune. Unele acoperiri, cum ar fi zincul, provoacă încălzire localizată datorită rezistenței lor ridicate și pot necesita sudarea cu impulsuri pentru a disipa căldura nedorită a suprafeței în vârfurile de cupru.

Sudarea cu role

La fel ca sudarea prin puncte, se bazează pe doi electrozi care aplică presiune și curent pentru a uni tablele de metal. Cu toate acestea, în loc de electrozi punctuali, electrozi în formă de roată numiți role sau discuri, se rotesc continuu și adesea avansează piesa de prelucrat, permițând suduri lungi continue. Acest proces este utilizat pe scară largă pentru sudarea longitudinală a tamburilor, rezervoarelor, cazanelor și în alte aplicații în care este necesară etanșeitatea îmbinării sudate.