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