Zgrzewanie elektryczne oporowe – charakterystyka procesu

Jedną z najbardziej cenionych metod zgrzewania metali jest zgrzewanie elektryczne oporowe. Można je zastosować do niemal wszystkich rodzajów metali oraz także ich stopów. Jest ono także szeroko wykorzystywane w branży motoryzacyjnej i lotniczej, kolejnictwie, a nawet w elektronice. Czym w ogóle jest zgrzewanie elektryczne oporowe, jakie są jego fazy i rodzaje, a także wady i zalety?

Ogólnie o technologii zgrzewania

Zgrzewanie to jeden z procesów spajania, w wyniku którego otrzymujemy tylko połączenia nierozłączne. Energia cieplna, rozgrzewa strefę styku powierzchni elementów, które są dociskane. Podczas zgrzewania, stykające się powierzchnie materiałów ulegają uplastycznieniu. Zgrzewanie ma zastosowanie zarówno do metali, ich stopów, jak i większości rodzajów tworzyw sztucznych. Metody zgrzewania różnią się między sobą źródłem energii cieplnej, sposobem jej dostarczenia do miejsca złącza oraz rozwiązaniem dotyczącym przyłożenia siły nacisku. Przy klasyfikacji metod zgrzewania, mówi się także o znaczeniu kolejności występowania po sobie rozgrzewania i wywierania docisku.

Zgrzewanie elektryczne oporowe

Ten rodzaj zgrzewania jest związany z przyłożeniem do materiałów siły docisku w postaci specjalnych elektrod. Spajane elementy staną się w taki sposób komponentami obwodu elektrycznego. Na skutek załączenia źródła prądu, obwód zostaje uruchomiony. W strefach największej oporności, jest wytwarzana energia cieplna, inicjująca rozgrzewanie. Po odłączeniu prądu, elementy materiałowe ulegają schłodzeniu i krzepnięciu. Szczególne znaczenie ma to dla samej zgrzeiny, ponieważ materiały w tym miejscu ulegają rekrystalizacji. Jakość złącza zależy od natężenia prądu, odpowiedniego czasu zgrzewania i siły docisku.

Fazy w zgrzewaniu elektrycznym oporowym

W procesie zgrzewania elektrycznego oporowego wyodrębniamy 3 fazy:

• Faza I – wiąże się z przyłożeniem do materiałów elektrod dociskających i włączeniem źródła prądu; w wyniku powstałego na powierzchni styków oporu elektrycznego, następuje emisja energii cieplnej; rozgrzewane powierzchnie przechodzą w stan plastyczny,
• Faza II – tutaj, na skutek wysokiej temperatury następuje poszerzanie się strefy uplastycznienia; materiały ulegają odkształceniu,
• Faza III – po odpięciu źródła prądu, następuje proces rekrystalizacyjny.

Rodzaje zgrzewania elektrycznego oporowego

Można wyodrębnić 4 rodzaje zgrzewania elektrycznego oporowego:

• doczołowe, po dociśnięciu do siebie elementów, do strefy styku podłącza się źródło prądu,
• punktowe, w związku z przepływem prądu w niewielkim zakresie przestrzennym, miejscowo tworzą się nierozłączne połączenia materiałów,
• liniowe, odbywa się z wykorzystaniem elektrod krążkowych; charakterystyczną cechą tego procesu są liniowe i mocne zgrzeiny, proces angażuje prąd przerywany, lecz nacisk pozostaje niezmienny,
• garbowe, tutaj celowo utworzony garb, jest miejscem, na którym powstaje zgrzeina; połączenie materiałów może mieć miejsce w wielu punktach (tyle, ile obejmą swoim zasięgiem elektrody).

Wady i zalety zgrzewania elektrycznego oporowego metali na tle spawania

Zgrzewanie tego rodzaju ma wiele zalet. Dla przykładu, w porównaniu ze spawaniem (także popularną technologią łączenia metali), można wymienić następujące zalety procesu zgrzewania elektrycznego oporowego:

• nieduża wartość wydatkowanego ciepła,
• eliminacja wpływu atmosfery na zgrzeinę,
• mniejsza zmienność struktury materiału rodzimego złącza, niż w przypadku spoiny,
• rzadkość występowania sytuacji, kiedy materiały ulegają przegrzaniu,
• rozgrzany styk umożliwia złączenie elementów trudnych do zespawania,
• mniejsza pracochłonność procesu; odbywa się on głównie w oparciu o specjalistyczny sprzęt.

Natomiast z porównania zgrzewania elektrycznego oporowego i spawania, wynika wniosek, iż wadami pierwszego z nich są m.in.:

• kosztowność dedykowanego urządzenia, tj. odpowiedniej zgrzewarki,
• potrzeba sprzętu o dużej mocy (oznacza to wykorzystanie dużej ilości prądu przez urządzenie).