Dołącz do czytelników
Brak wyników

Jak przeprowadzić skuteczną diagnostykę zgrzewarek elektrycznych oporowych?

Artykuł | 22 grudnia 2020 | NR 5
0 166

W artykule omówiono zagadnienia związane z diagnostyką zgrzewarek elektrycznych oporowych, które zawierają transformatory o częstotliwości 50 Hz oraz tyrystorowe regulatory mocy i czasu zgrzewania. Skupiono się na zgrzewarkach punktowych i liniowych przeznaczonych do zgrzewania blach stalowych oraz zgrzewarkach wielopunktowych wykorzystywanych do zgrzewania drutów i prętów stalowych. Przedstawione informacje mogą okazać się pomocne w sytuacji, gdy zgrzewarka odmówiła posłuszeństwa bądź jakość zgrzewania uległa pogorszeniu.

 

ZASTOSOWANIA ZGRZEWAREK

Zgrzewanie elektryczne oporowe jest popularną metodą spajania ze sobą materiałów metalowych. Zgrzewarki wielopunktowe (rys. 1.) służą do produkcji siatek stalowych z drutu, które znajdują zastosowanie np. jako panele ogrodzeniowe, siatki okładzinowe zabezpieczające podziemne wyrobiska korytarzowe w kopalniach przed odrywającymi się bryłami węgla, maty zbrojeniowe wykorzystywane w budownictwie do zbrojenia konstrukcji żelbetowych, gabiony bądź kosze wózków sklepowych. Za pomocą zgrzewarek liniowych wytwarza się takie produkty, jak np. elementy systemów wentylacji, puszki oraz kompensatory mieszkowe. Prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnione są zgrzewarki punktowe, które wykorzystuje się do produkcji szerokiej gamy wyrobów, w tym np. w przemyśle samochodowym, lotniczym, budowlanym i wielu innych.

 

Rys.1. Zgrzewarka wielopunktowa do produkcji mat zbrojeniowych

 

PRZEBIEG PROCESU ZGRZEWANIA

W początkowej fazie zgrzewania łączone elementy są dociskane za pomocą elektrod. Następnie załączany jest prąd elektryczny, który przepływając przez elektrody oraz punkt styku zgrzewanych detali, powoduje wytworzenie ciepła w tym miejscu. Na skutek wzrostu temperatury zgrzewany materiał uplastycznia się. Wywarta siła nacisku powoduje punktowe połączenie rozgrzanych elementów. Przerwanie zasilania prądem zapoczątkowuje stygnięcie i zestalenie jądra zgrzeiny. W zgrzewarkach punktowych i wielopunktowych, po wyłączeniu prądu elektrycznego, docisk jest utrzymywany jeszcze przez krótki czas. Moment zgrzewania dwóch prętów przez zgrzewarkę wielopunktową przedstawiono na rys. 2.

 

Rys.2. Zgrzewanie dwóch prętów przez zgrzewarkę wielopunktową

 

PRAWO JOULE’A-LENZA

Ilość ciepła wytworzonego podczas zgrzewania określa prawo Joule’a-Lenza, które wyraża się wzorem:

 

 

lub wzorem (gdyby chcieć uwzględnić zmiany wartości natężenia prądu i rezystancji w czasie):

 

 

gdzie:

Q – ilość wydzielonego ciepła,

I – wartość natężenia prądu elektrycznego,

R – wartość rezystancji styku zgrzewanych materiałów,

t – czas przepływu prądu elektrycznego.

Zrozumienie przedstawionego wzoru jest kluczowe, aby móc skutecznie rozwiązywać problemy związane z procesem zgrzewania.

Należy zauważyć, że ze względu na to, iż wartość natężenia prądu występuje w drugiej potędze, to zmiana tego parametru ma największy wpływ na ilość wydzielonego ciepła – np. dwukrotne zwiększenie wartości natężenia prądu powoduje czterokrotny wzrost ilości wydzielonego ciepła; czterokrotne zwiększenie wartości natężenia prądu powoduje szesnastokrotny wzrost ilości wydzielonego ciepła. Zbyt wysoka wartość natężenia prądu zgrzewania sprzyja nadmiernemu wypalaniu elektrod.

Regulacji rezystancji dokonuje się poprzez zmianę siły docisku elektrod. Im siła docisku elektrod jest mniejsza, tym wyższa wartość rezystancji występuje w punkcie, który będzie zgrzewany – większa rezystancja powoduje wzrost ilości wydzielonego ciepła. Z kolei większa siła docisku elektrod przekłada się na zmniejszenie wartości rezystancji – mniejsza rezystancja powoduje spadek ilości wydzielonego ciepła. W przypadku, gdy mimo ustawionej wysokiej wartości natężenia prądu zgrzewania zgrzewarka nie dogrzewa, to niejednokrotnie zmniejszenie siły docisku elektrod pozwoli uzyskać mocne zgrzeiny. Do nastawionej wartości natężenia prądu należy umiejętnie dobrać siłę docisku elektrod. Zbyt duże iskrzenie obserwowane podczas zgrzewania oraz nadtopienia materiału na styku z elektrodami mogą świadczyć o zbyt małej sile docisku w stosunku do ustawionej wartości natężenia prądu. Niewielka siła docisku sprzyja nadmiernemu wypalaniu elektrod. Całkowity brak iskrzenia lub bardzo małe iskrzenie mogą niekiedy oznaczać, że siła docisku jest zbyt duża. Jeśli nadmierne iskrzenie występuje tylko w początkowej fazie, co może mieć miejsce podczas zgrzewania prętów siatki stalowej, to powodem tego jest zbyt wysoka wartość natężenia prądu przy stosunkowo małej powierzchni styku między prętami. Aby zredukować iskrzenie w tej sytuacji, stosuje się regulatory mocy i czasu zgrzewania, które posiadają funkcję łagodnego narastania wartości natężenia prądu zgrzewania przez ustawioną liczbę okresów prądu przemiennego.

Wydłużenie czasu zgrzewania wpływa wprost proporcjonalnie na zwiększenie ilości wydzielonego ciepła. Dla zgrzewarek punktowych i wielopunktowych czas zgrzewania związany jest z okresem, przez który prąd elektryczny płynie poprzez dociśnięte elektrody i materiał. W przypadku zgrzewarek liniowych czas zgrzewania skorelowany jest z prędkością obrotową elektrody krążkowej. Im prędzej rolki się obracają, tym szybciej przesuwany jest zgrzewany materiał, a to przekłada się na krótszy czas przepływu prądu przez zgrzewany w danym momencie punkt.

W zależności od kształtu i rodzaju zgrzewanego materiału, mocy zgrzewarki oraz pożądanej wydajności produkcji stosuje się dwa podejścia przy ustawianiu parametrów zgrzewania:

  • zgrzewanie z dużą mocą, dużą siłą docisku i krótkim czasem – wymagana zgrzewarka o większej mocy, większa wydajność produkcji, mniejsze zużycie energii elektrycznej, mniejsza strefa nagrzewania, mniejsze odkształcenia, większe prawdopodobieństwo podhartowania metalu (możliwość powstawania pęknięć)
  • zgrzewanie z małą mocą, małą siłą docisku i długim czasem – wystarczająca zgrzewarka o mniejszej mocy, mniejsza wydajność produkcji, większe zużycie energii elektrycznej, większa strefa nagrzewania, większe odkształcenia, mniejsze prawdopodobieństwo podhartowania metalu.

 

Rys.3. Pręty stalowe zgrzane za pomocą zgrzewarki wielopunktowej

 

OCENA ZGRZEINY

Prawidłowa zgrzeina drutów bądź...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy