Λύσεις — Κεφάλαιο 10: Ηλεκτροσυγκολλήσεις Αντίστασης – Άλλες Μέθοδοι Συγκόλλησης (σελ. 396) – ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΕΙΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 10: Ηλεκτροσυγκολλήσεις Αντίστασης - Άλλες Μέθοδοι Συγκόλλησης

Λύσεις στις 13 ερωτήσεις του κεφαλαίου 10: ο νόμος του Τζάουλ (Q=I²Rt) και η αρχή λειτουργίας των ηλεκτροσυγκολλήσεων αντίστασης, τα τρία είδη τους (κατά σημεία, ραφής, κατά άκρα) με τα πεδία εφαρμογής, τα υλικά και την ψύξη των ηλεκτροδίων, τα στοιχεία ρύθμισης πριν από μια συγκόλληση κατά σημεία ή κατά άκρα, καθώς και οι άλλες μέθοδοι συγκόλλησης του κεφαλαίου (καμινοσυγκόλληση, δέσμη ηλεκτρονίων, ακτίνες laser, υπέρηχοι) με τα πλεονεκτήματά τους· περιλαμβάνονται τρεις ερωτήσεις κρίσεως που εφαρμόζουν τη θεωρία σε σενάρια αντικατάστασης μηχανής, επιλογής μεθόδου για περιορισμένη θέρμανση και επιπτώσεων πτώσης τάσης στη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων.

Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αποδιδόμενη θερμότητα (νόμος Joule)

Ερώτηση: Από ποιους παράγοντες εξαρτάται το ποσό θερμότητας, που αποδίδεται σε αντίσταση ηλεκτρικού κυκλώματος, όταν εφαρμοστεί στα άκρα της ηλεκτρική τάση;

Απάντηση:

• §10-1. «Το μέγεθος της προσδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας (Q) δίνεται από το νόμο του Joule (Τζάουλ)... Q = I2 R t (10-2)... Q = Η θερμική ενέργεια που προσδίδεται στο κύκλωμα..., I = Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος..., R = Η αντίσταση του κυκλώματος..., t = Ο χρόνος λειτουργίας του κυκλώματος...»

Σύνοψη: Σύμφωνα με το νόμο του Τζάουλ (Q = I²·R·t), το ποσό της θερμότητας που αποδίδεται σε μια ηλεκτρική αντίσταση εξαρτάται από τρεις παράγοντες: την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος (I) που τη διαρρέει, στο τετράγωνο (I²)· την τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης (R)· και το χρόνο (t) που το ρεύμα διαρρέει την αντίσταση. Στις ηλεκτροσυγκολλήσεις αντίστασης, τα ίδια τα προς συγκόλληση τεμάχια αποτελούν αυτή την αντίσταση, γι' αυτό θερμαίνονται όταν διαρρέονται από ρεύμα μεγάλης έντασης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Q = I²Rt: εξαρτάται από I² (ένταση στο τετράγωνο), R (αντίσταση) και t (χρόνος)

Είδη συγκολλήσεων αντίστασης και το πιο διαδεδομένο στα αμαξώματα

Ερώτηση: Ποια είδη συγκολλήσεων αντίστασης γνωρίζετε και ποιο είδος χρησιμοποιείται περισσότερο στα αμαξώματα;

Απάντηση:

• §10-1. «Οι ηλεκτροσυγκολλήσεις αντίστασης διακρίνονται σε: Ηλεκτροσυγκολλήσεις κατά σημεία, Ηλεκτροσυγκολλήσεις ραφής (συνεχής συγκόλληση), Ηλεκτροσυγκολλήσεις κατά άκρα (κατά μέτωπο).» και §10-2. «Κυρίως όμως χρησιμοποιούνται στις κατασκευές των αμαξωμάτων αυτοκινήτων, με αυτόματες προγραμματιζόμενες μηχανές συγκόλλησης (ρομποτικής τεχνολογίας)... Στα συνεργεία επισκευής αμαξωμάτων (φανοποιίας), χρησιμοποιούνται κυρίως μικρές φορητές (χειροκίνητες) ηλεκτροπόντες.»

Σύνοψη: Οι ηλεκτροσυγκολλήσεις αντίστασης διακρίνονται σε τρία είδη: κατά σημεία, ραφής (συνεχής συγκόλληση) και κατά άκρα (κατά μέτωπο). Στα αμαξώματα αυτοκινήτων το είδος που χρησιμοποιείται περισσότερο είναι η ηλεκτροσυγκόλληση κατά σημεία (με ηλεκτροπόντες): στην παραγωγή γίνεται με αυτόματες, προγραμματιζόμενες, ρομποτικές μηχανές, γιατί οι συνδέσεις είναι γρήγορες, καλύτερης ποιότητας και πιο οικονομικές, ενώ στα συνεργεία επισκευής αμαξωμάτων (φανοποιίας) χρησιμοποιούνται μικρές φορητές (χειροκίνητες/ποδοκίνητες) ηλεκτροπόντες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 3 είδη: κατά σημεία, ραφής, κατά άκρα· στα αμαξώματα κυριαρχεί η κατά σημεία (ηλεκτροπόντα, ρομποτική στην παραγωγή)

Διαδικασία συγκόλλησης με ηλεκτροπόντα

Ερώτηση: Εξηγήστε τη διαδικασία συγκόλλησης με ηλεκτροπόντα.

Απάντηση:

• §10-2. «Τα προς συγκόλληση τεμάχια τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο (σε επικάλυψη)... Για να συγκολληθούν τα δυο τεμάχια, διοχετεύουμε στα σημεία συγκόλλησής τους ρεύμα μεγάλης έντασης. Για να γίνει αυτό, αφού τοποθετήσουμε τα δύο τεμάχια στο κάτω ηλεκτρόδιο (σταθερό), κατεβάζουμε το πάνω ηλεκτρόδιο με τη βοήθεια του ποδομοχλού, ώστε τα δυο ηλεκτρόδια να πιέζουν τα προς συγκόλληση τεμάχια με την απαιτούμενη δύναμη. Η παραγόμενη θερμότητα... είναι ανάλογη του I2 και ανάλογη, επίσης, με την αντίσταση και το χρόνο επαφής...»

Σύνοψη: Στη συγκόλληση με ηλεκτροπόντα, τα προς συγκόλληση τεμάχια τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο, σε επικάλυψη, πάνω στο κάτω (σταθερό) ηλεκτρόδιο. Στη συνέχεια κατεβάζουμε το πάνω ηλεκτρόδιο (π.χ. με τη βοήθεια ποδομοχλού), ώστε τα δύο ηλεκτρόδια να πιέζουν τα τεμάχια με την απαιτούμενη δύναμη. Με τα τεμάχια πιεσμένα, διοχετεύεται στα σημεία συγκόλλησης ρεύμα μεγάλης έντασης· η παραγόμενη θερμότητα είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης (I²), της αντίστασης και του χρόνου επαφής των ηλεκτροδίων με τα τεμάχια, και θερμαίνει τα ελάσματα μέχρι τη θερμοκρασία σύντηξής τους. Με τη σύντηξη και την ταυτόχρονη πίεση, τα τεμάχια συγκολλώνται αυτογενώς, χωρίς προσθήκη υλικού κόλλησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Επικάλυψη τεμαχίων στο κάτω ηλεκτρόδιο → πίεση με το πάνω ηλεκτρόδιο → ρεύμα μεγάλης έντασης → σύντηξη → αυτογενής συγκόλληση

Αντιμετώπιση υψηλών θερμοκρασιών στα ηλεκτρόδια

Ερώτηση: Πώς αντιμετωπίζεται η ανάπτυξη υψηλών θερμοκρασιών στα ηλεκτρόδια των συσκευών συγκόλλησης κατά σημεία;

Απάντηση:

• §10-2. «Για να αποφεύγεται η υπερθέρμανση των ηλεκτροδίων, χρησιμοποιείται ειδικό κύκλωμα νερού, που περνάει από το εσωτερικό των ηλεκτροδίων και τα ψύχει.»

Σύνοψη: Για να αποφεύγεται η υπερθέρμανση των ηλεκτροδίων, χρησιμοποιείται ειδικό κύκλωμα νερού ψύξης, που περνά από το εσωτερικό των ηλεκτροδίων και τα ψύχει.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κύκλωμα νερού ψύξης μέσα στα ηλεκτρόδια

Υλικό κατασκευής ηλεκτροδίων και αιτιολόγηση

Ερώτηση: Από τι υλικό κατασκευάζονται τα ηλεκτρόδια των συσκευών συγκόλλησης αντίστασης και γιατί;

Απάντηση:

• §10-2. «Επειδή οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται κατά τη συγκόλληση είναι πολύ μεγάλες, τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται από ειδικά κράματα χαλκού, που έχουν αφ' ενός μεγάλο συντελεστή αγωγιμότητας και αφ' ετέρου αντέχουν στις υψηλές θερμοκρασίες.»

Σύνοψη: Τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται από ειδικά κράματα χαλκού, γιατί οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται κατά τη συγκόλληση είναι πολύ μεγάλες: τα κράματα αυτά έχουν, αφενός, μεγάλο συντελεστή ηλεκτρικής/θερμικής αγωγιμότητας, ώστε να μεταφέρουν αποτελεσματικά ρεύμα και θερμότητα, και αφετέρου αντέχουν στις υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να καταστρέφονται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ειδικά κράματα χαλκού: μεγάλη αγωγιμότητα + αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες

Πεδία εφαρμογής συγκόλλησης κατά σημεία και ραφής

Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις ενδείκνυται η εφαρμογή συγκόλλησης κατά σημεία και σε ποιες η συγκόλληση αντίστασης ραφής;

Απάντηση:

• §10-2. «Οι συγκολλήσεις κατά σημεία χρησιμοποιούνται κυρίως στις περιπτώσεις κατασκευών από ελάσματα πάχους μέχρι 3 mm, στις οποίες δεν απαιτείται στεγανότητα.» και §10-3. «Η ηλεκτροσυγκόλληση αντίστασης ραφής εφαρμόζεται κυρίως στις περιπτώσεις που απαιτείται στεγανότητα στις συνδέσεις ελασμάτων και μεγάλος ρυθμός παραγωγής.»

Σύνοψη: Η συγκόλληση κατά σημεία ενδείκνυται σε κατασκευές από ελάσματα πάχους μέχρι 3 mm, στις οποίες δεν απαιτείται στεγανότητα. Η συγκόλληση αντίστασης ραφής ενδείκνυται όταν απαιτείται στεγανότητα στις συνδέσεις των ελασμάτων και μεγάλος ρυθμός παραγωγής· όταν δεν χρειάζεται στεγανότητα αλλά μόνο συγκράτηση, η ίδια μηχανή ραφής μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να τροφοδοτεί τα ηλεκτρόδια με ρεύμα κατά διαστήματα, δηλαδή να λειτουργεί ουσιαστικά σαν συγκόλληση κατά σημεία, μειώνοντας χρόνο και κόστος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κατά σημεία: πάχος ≤3mm, χωρίς στεγανότητα· Ραφής: με στεγανότητα + μεγάλος ρυθμός παραγωγής

Στοιχεία που καθορίζονται πριν τη συγκόλληση κατά σημεία

Ερώτηση: Ποια στοιχεία πρέπει να λάβουμε υπόψη μας, πριν αρχίσουμε τη συγκόλληση ελασμάτων με συγκόλληση αντίστασης κατά σημεία;

Απάντηση:

• §10-2. «Πριν αρχίσουμε μια ηλεκτροσυγκόλληση πίεσης κατά σημεία, θα πρέπει να καθορίσουμε τα στοιχεία που έχουν σχέση με τη συγκόλληση. Τα στοιχεία αυτά είναι: 1. Το υλικό... και το πάχος τους. 2. Η απαιτούμενη ένταση ρεύματος συγκόλλησης (Α) 3. Η δύναμη που πρέπει να ασκείται στα σημεία συγκόλλησης (σε Ν ή Kg). 4. Ο χρόνος που θα διαρκεί η φάση της συγκόλλησης σε περιόδους (όχι σε s). 5. Η διάμετρος των ηλεκτροδίων (mm)»

Σύνοψη: Πριν αρχίσουμε τη συγκόλληση κατά σημεία πρέπει να καθορίσουμε: 1) το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένα τα προς συγκόλληση ελάσματα και το πάχος τους, 2) την απαιτούμενη ένταση ρεύματος συγκόλλησης (Α), 3) τη δύναμη που πρέπει να ασκείται στα σημεία συγκόλλησης (σε Ν ή Kg), 4) το χρόνο διάρκειας της φάσης συγκόλλησης, μετρημένο σε περιόδους ρεύματος και όχι σε δευτερόλεπτα, και 5) τη διάμετρο των ηλεκτροδίων (mm). Τα στοιχεία αυτά δίνονται συνήθως από πίνακες που συνοδεύουν τις μηχανές συγκόλλησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 5 στοιχεία: υλικό/πάχος, ένταση ρεύματος, δύναμη, χρόνος (περίοδοι), διάμετρος ηλεκτροδίων

Πεδία εφαρμογής και μέταλλα της συγκόλλησης κατά άκρα

Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις χρησιμοποιείται η ηλεκτροσυγκόλληση αντίστασης κατά άκρα και σε ποια είδη μετάλλων μπορεί να εφαρμοστεί;

Απάντηση:

• §10-4. «Το είδος αυτό της συγκόλλησης αντίστασης χρησιμοποιείται σε μονάδες παραγωγής, για τη σύνδεση άκρων σωλήνων, μορφοδοκών ή άκρων ράβδων από χάλυβα ή μη σιδηρούχων μετάλλων.»

Σύνοψη: Η ηλεκτροσυγκόλληση αντίστασης κατά άκρα χρησιμοποιείται σε μονάδες παραγωγής, για τη σύνδεση άκρων σωλήνων, μορφοδοκών ή ράβδων. Μπορεί να εφαρμοστεί τόσο σε τεμάχια από χάλυβα όσο και από μη σιδηρούχα μέταλλα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κατά άκρα: σύνδεση άκρων σωλήνων/μορφοδοκών/ράβδων, σε χάλυβα ή μη σιδηρούχα μέταλλα, σε μονάδες παραγωγής

Αρχή λειτουργίας EBW/laser και πλεονεκτήματα έναντι κλασικών μεθόδων

Ερώτηση: Αναπτύξετε την αρχή λειτουργίας των μηχανών συγκόλλησης με δέσμη ηλεκτρονίων και με ακτίνες laser. Αναφέρατε τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν έναντι των κλασσικών μεθόδων συγκόλλησης.

Απάντηση:

• §10-5(β). «Οι συγκολλήσεις με δέσμη ηλεκτρονίων, βασίζονται στο βομβαρδισμό των προς συγκόλληση επιφανειών των μετάλλων με δέσμη ηλεκτρονίων μεγάλης ταχύτητας... Όλες οι πιο πάνω φάσεις συντελούνται σε ειδικό χώρο της μηχανής υπό κενό... Το μεγάλο πλεονέκτημα... είναι η εξαιρετικά μεγάλη διείσδυση... αλλά σε πάρα πολύ μικρή έκταση... η ζώνη που επηρεάζεται θερμικά (ΖΕΘ) περιορίζεται σημαντικά.» και §10-5(γ). «Η συγκόλληση με ακτίνες Laser... τα προς συγκόλληση μεταλλικά τεμάχια βομβαρδίζονται στα σημεία συγκόλλησής τους από ισχυρή δέσμη ακτίνων φωτός... Οι μηχανές συγκόλλησης με laser μπορούν να πραγματοποιήσουν συγκολλήσεις πολύ μικρών διαστάσεων της τάξης των 0,076 mm... όπως και στις συγκολλήσεις με δέσμη ηλεκτρονίων, η διείσδυση είναι εξαιρετικά μεγάλη, ενώ η κυκλική έκταση της συγκόλλησης πολύ μικρή.»

Σύνοψη: Στη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων (EBW), ειδικές μηχανές εκπέμπουν και συγκεντρώνουν μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων από την κάθοδο, τα επιταχύνουν μέσα από μικρή τρύπα της ανόδου (με τάση 30-100 kV) ώστε να αποκτούν μεγάλη ταχύτητα, και τα επικεντρώνουν με ηλεκτρομαγνήτες στα σημεία συγκόλλησης· η διαδικασία γίνεται σε ειδικό χώρο υπό κενό, και η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων μετατρέπεται σε θερμότητα που τήκει τα μέταλλα στα σημεία συγκόλλησης. Στη συγκόλληση με ακτίνες laser (LBW), τα τεμάχια βομβαρδίζονται στα σημεία συγκόλλησης από ισχυρή δέσμη φωτεινών ακτίνων, αναπτύσσοντας υψηλή θερμοκρασία μέχρι το σημείο σύντηξης. Και στις δύο μεθόδους, το βασικό πλεονέκτημα έναντι των κλασικών μεθόδων είναι η εξαιρετικά μεγάλη διείσδυση σε πάρα πολύ μικρή έκταση (μικρή διάμετρο σημείων συγκόλλησης — στο laser της τάξης των 0,076 mm), με αποτέλεσμα η ζώνη επηρεαζόμενη θερμικά (ΖΕΘ) να περιορίζεται σημαντικά, χωρίς τις αρνητικές επιπτώσεις στην κρυσταλλική δομή που έχουν οι εκτεταμένες θερμικές ζώνες. Η EBW επιτρέπει επιπλέον τη συγκόλληση σχεδόν όλων των μετάλλων, ακόμη και δύστηκτων (π.χ. ανοξείδωτοι χάλυβες) ή ανόμοιων τεμαχίων, ενώ οι συσκευές laser μπορούν επίσης να κόβουν μέταλλα με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Μειονέκτημα και των δύο μεθόδων είναι το πολύ μεγάλο κόστος αγοράς εξοπλισμού και η ανάγκη πολύ καλής εκπαίδευσης του προσωπικού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• EBW: δέσμη ηλεκτρονίων υπό κενό, 30-100 kV· Laser: δέσμη φωτός· και οι δύο: μεγάλη διείσδυση/μικρή έκταση → περιορισμένη ΖΕΘ, υψηλό κόστος

Αρχή λειτουργίας συγκόλλησης με υπερήχους και εφαρμογές

Ερώτηση: Περιγράψτε την αρχή λειτουργίας των μηχανών συγκόλλησης με υπερήχους και αναφέρατε τις περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται.

Απάντηση:

• §10-5(δ). «Η μέθοδος συγκόλλησης με υπερήχους... βασίζεται στη χρήση υπερήχων με συχνότητα παλμών πάνω από 4000 / s... χρησιμοποιείται... σε ειδικές περιπτώσεις συγκολλήσεων χαλκού, νικελίου, αλουμινίου ή ακόμη και ανόμοιων μετάλλων... Στη συγκόλληση με υπερήχους, τα άκρα... τοποθετούνται σε θέση επικάλυψης και στερεώνονται στη μηχανή συγκόλλησης. Σ' αυτή τη θέση τα προς συγκόλληση άκρα συμπιέζονται και ταυτόχρονα τροφοδοτούνται με ρεύμα υψηλής συχνότητας (υπερήχους). Η θερμοκρασία... είναι επιφανειακή και σαφώς μικρότερη από τη θερμοκρασία τήξης των μετάλλων. Όμως σε συνδυασμό με την εφαρμοζόμενη πίεση επιτυγχάνεται η συγκόλληση των τεμαχίων, χωρίς παραμορφώσεις ή άλλες αρνητικές επιπτώσεις.»

Σύνοψη: Στη συγκόλληση με υπερήχους, τα άκρα των προς συγκόλληση τεμαχίων τοποθετούνται σε θέση επικάλυψης και στερεώνονται στη μηχανή συγκόλλησης· εκεί συμπιέζονται και ταυτόχρονα τροφοδοτούνται με ρεύμα υψηλής συχνότητας (υπερήχους πάνω από 4000 παλμούς το δευτερόλεπτο). Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στα σημεία επαφής είναι επιφανειακή και σαφώς μικρότερη από τη θερμοκρασία τήξης, αλλά σε συνδυασμό με την εφαρμοζόμενη πίεση επιτυγχάνεται η συγκόλληση, χωρίς παραμορφώσεις ή άλλες αρνητικές επιπτώσεις. Η μέθοδος είναι γνωστή από τη δεκαετία του '50 και χρησιμοποιείται σήμερα σε ειδικές περιπτώσεις συγκόλλησης χαλκού, νικελίου, αλουμινίου, ή ακόμη και ανόμοιων μετάλλων, όπου άλλες μέθοδοι θα απαιτούσαν υψηλές θερμοκρασίες με κίνδυνο παραμόρφωσης των τεμαχίων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Υπέρηχοι >4000/s, επιφανειακή θέρμανση <σημείου τήξης + πίεση· για χαλκό/νικέλιο/αλουμίνιο/ανόμοια μέταλλα, χωρίς παραμορφώσεις

Αντικατάσταση χαλασμένης ηλεκτροπόντας

Ερώτηση: Σ' ένα εργαστήριο συγκόλλησης αντικειμένων στα οποία δεν απαιτείται στεγανότητα, χρησιμοποιείται ηλεκτροπόντα (συγκόλληση κατά σημεία). Σε περίπτωση που η ηλεκτροπόντα χαλάσει, ποιο είδος ηλεκτροσυγκόλλησης αντίστασης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αντ' αυτής και με ποια ρύθμιση;

Απάντηση:

• §10-3. «Όμως, όταν δεν απαιτείται στεγανότητα στη ραφή, αλλά απλή συγκράτηση των ελασμάτων, η μηχανή συγκόλλησης ραφής μπορεί να ρυθμιστεί έτσι, ώστε να συγκολλάει κατά σημεία. Σ' αυτή την περίπτωση η μηχανή συγκόλλησης ρυθμίζεται έτσι, ώστε να τροφοδοτεί τα ηλεκτρόδια (δίσκους) με ρεύμα σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, αφήνοντας τμήματα των προς συγκόλληση ελασμάτων χωρίς ραφή.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μια μηχανή ηλεκτροσυγκόλλησης αντίστασης ραφής (ραουλόποντα), κατάλληλα ρυθμισμένη. Αφού στην περίπτωσή μας δεν απαιτείται στεγανότητα, η μηχανή ραφής μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να τροφοδοτεί τα ηλεκτρόδια-δίσκους με ρεύμα σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα (διακεκομμένα), αφήνοντας τμήματα των ελασμάτων χωρίς ραφή — δηλαδή να λειτουργεί ουσιαστικά σαν συγκόλληση κατά σημεία. Με αυτή τη ρύθμιση επιτυγχάνεται η ίδια λειτουργία με την ηλεκτροπόντα (μεμονωμένα σημεία συγκόλλησης αντί συνεχούς ραφής), εξοικονομώντας παράλληλα χρόνο και κόστος σε σχέση με πλήρη συγκόλληση ραφής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ραουλόποντα (μηχανή ραφής) ρυθμισμένη να τροφοδοτεί ρεύμα διακεκομμένα → λειτουργεί σαν συγκόλληση κατά σημεία

Επιλογή μεθόδου για άκρως περιορισμένη θέρμανση

Ερώτηση: Όταν κατά τη συγκόλληση ελασμάτων η θέρμανση πρέπει να είναι άκρως περιορισμένη στα σημεία συγκόλλησης, ποια μέθοδο συγκόλλησης θα προτιμούσατε και γιατί;

Απάντηση:

• §10-5(β), (γ). «Το μεγάλο πλεονέκτημα των συγκολλήσεων με δέσμη ηλεκτρονίων είναι η εξαιρετικά μεγάλη διείσδυση της δέσμης ηλεκτρονίων στα προς συγκόλληση μέταλλα, αλλά σε πάρα πολύ μικρή έκταση (μικρή διάμετρος των σημείων συγκόλλησης). Έτσι η ζώνη που επηρεάζεται θερμικά (ΖΕΘ) περιορίζεται σημαντικά...» και «...η κυκλική έκταση της συγκόλλησης [με laser] πολύ μικρή» και §10-5(δ). «Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στα σημεία επαφής... είναι επιφανειακή και σαφώς μικρότερη από τη θερμοκρασία τήξης των μετάλλων» (υπέρηχοι).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θα προτιμούσα τη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων (EBW) ή με ακτίνες laser (LBW), γιατί και οι δύο μέθοδοι συνδυάζουν εξαιρετικά μεγάλη διείσδυση με πολύ μικρή έκταση/διάμετρο των σημείων συγκόλλησης (στο laser της τάξης των 0,076 mm), με αποτέλεσμα η ζώνη επηρεαζόμενη θερμικά (ΖΕΘ) να περιορίζεται σημαντικά — δηλαδή η θέρμανση παραμένει συγκεντρωμένη ακριβώς στο σημείο συγκόλλησης, χωρίς να επηρεάζονται θερμικά ευρύτερες γειτονικές περιοχές του υλικού. Αν μάλιστα δεν χρειάζεται καν να φτάσουμε σε τήξη του μετάλλου, θα μπορούσε εναλλακτικά να επιλεγεί η συγκόλληση με υπερήχους, όπου η αναπτυσσόμενη θερμοκρασία είναι μόνο επιφανειακή και σαφώς μικρότερη από τη θερμοκρασία τήξης, περιορίζοντας ακόμη περισσότερο τη θερμική επίδραση στο τεμάχιο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• EBW/laser: μεγάλη διείσδυση + πολύ μικρή έκταση → ελάχιστη ΖΕΘ· εναλλακτικά υπέρηχοι (επιφανειακή θέρμανση, χωρίς τήξη)

Επιπτώσεις πτώσης τάσης δικτύου σε συγκόλληση EBW

Ερώτηση: Υποθέστε ότι εκτελείτε συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων και η τάση του δικτύου πέφτει κάτω από τα επιτρεπόμενα όρια. Εκτιμήστε τις επιπτώσεις που μπορεί να προκύψουν στην ποιότητα της συγκόλλησης.

Απάντηση:

• §10-5(β). «Για την επιτάχυνση της δέσμης των ηλεκτρονίων χρησιμοποιείται ρυθμιζόμενη τάση, η τιμή της οποίας κυμαίνεται μεταξύ 30 και 100 kV, ανάλογα με την απαιτούμενη για κάθε συγκόλληση επιτάχυνση. Η ηλεκτρική τάση επηρεάζει το μέγεθος της επιτάχυνσης, η οποία με τη σειρά της καθορίζει την ανάπτυξη της θερμότητας, ενώ η ένταση του ρεύματος έχει σχέση με τη διείσδυση της συγκόλλησης.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αφού η τάση επιταχύνει τη δέσμη ηλεκτρονίων και η επιτάχυνση καθορίζει την ανάπτυξη της θερμότητας, μια πτώση της τάσης του δικτύου κάτω από τα επιτρεπόμενα όρια θα μειώσει την ταχύτητα (άρα την κινητική ενέργεια) των ηλεκτρονίων της δέσμης. Αυτό θα οδηγήσει σε μικρότερη ανάπτυξη θερμότητας στα σημεία συγκόλλησης, με πιθανό αποτέλεσμα η θερμοκρασία να μην φτάνει επαρκώς στο σημείο σύντηξης των μετάλλων: μειωμένη διείσδυση, ατελής τήξη/σύντηξη και επομένως αδύναμη ή ελαττωματική συγκόλληση (κίνδυνος ασυνεχειών ή έλλειψης πλήρους συγκόλλησης στο βάθος). Επιπλέον, τυχόν αστάθεια της τάσης μπορεί να επηρεάσει και τη σταθερότητα/εστίαση της δέσμης (μέσω των ηλεκτρομαγνητών εστίασης), μειώνοντας την ακρίβεια και την επαναληψιμότητα της συγκόλλησης. Συνολικά, η ποιότητα της συγκόλλησης θα υποβαθμιστεί όσο διαρκεί η πτώση τάσης, γι' αυτό απαιτείται σταθεροποιημένη τροφοδοσία για αξιόπιστα αποτελέσματα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πτώση τάσης → μικρότερη επιτάχυνση/ενέργεια ηλεκτρονίων → λιγότερη θερμότητα → μειωμένη διείσδυση/ατελής σύντηξη, πιθανή αστάθεια εστίασης