Hàn điểm hàn (RSW) là một trong những kỹ thuật gia công kim loại quan trọng cho sản xuất khối lượng lớn trong ngành công nghiệp ô tô, y sinh học và điện tử. RSW là một quá trình mà trong đó các bề mặt kim loại được kết hợp trong một hoặc nhiều điểm bởi nhiệt được tạo ra bởi tính kháng dòng chảy của dòng điện qua các phôi được giữ cùng nhau dưới áp lực nén của các điện cực. Một xung ngắn dòng dòng điện cao làm nóng các bề mặt tiếp xúc trong vùng có mật độ dòng lớn đi qua. Khi dòng chảy của dòng điện chấm dứt, lực điện cực cần được duy trì trong khi kim loại hàn nhanh chóng nguội đi và kiên cố hóa. Các điện cực được rút lại sau mỗi mối hàn, thường được hoàn thành trong một phần của giây. Hàn điểm điểm quy mô lớn (LSRSW) đã trở thành chủ đạo phương tiện lắp ráp tự động, với trung bình từ 2 đến 6 nghìn điểm hàn được thực hiện trên mỗi chiếc xe sản xuất dẫn đến hàng trăm tỷ mối hàn điểm mỗi năm trong ngành công nghiệp ô tô toàn cầu. Mặt khác, để gia tăng ứng dụng các tấm kim loại rất mỏng trong các linh kiện và thiết bị điện tử, SMRSW đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu.
Chất lượng mối hàn và nguồn cung cấp mối hàn là trung tâm của tất cả các khía cạnh của việc hàn nói chung và cụ thể hơn trong ngành công nghiệp ô tô. Do đó, một vật liệu, trước khi nó được sử dụng trong sản xuất, cần phải được chứng nhận là chất lượng hàn; cụ thể là việc sử dụng các thiết bị và lịch trình hàn tiêu chuẩn sẽ mang lại các mối hàn có kích thước và sức mạnh đủ lớn.
RSW khác với một số dạng hàn khác mà không cần thêm vật liệu, chẳng hạn như que nạp trong hàn hồ quang; do đó nó không phải là phức tạp bởi việc bổ sung thêm vật liệu. Tuy nhiên, quá trình tan chảy hoàn toàn nằm trong các phôi, do đó quan sát và đo đạc bị hạn chế nghiêm trọng và không có tiêu chuẩn phổ cập về chất lượng mối hàn. Vì mục đích duy nhất để đảm bảo chất lượng hàn điểm, mục tiêu chính của nghiên cứu hàn điểm là để theo dõi và kiểm soát quá trình đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô. Tuy nhiên, do thực tế nguồn hàn cung cấp không linh hoạt cho nghiên cứu giám sát và kiểm soát RSW, nên chưa có nhiều công việc để cải thiện tính nhất quán cho LSRSW.
RSW ứng dụng trong công nghiệp sản xuất hàng loạt lớn được ưu tiên bởi năng suất rất cao, gấp vài chục lần so với ngay cả máy hàn Robot công nghệ khác và không tốn chi phí vật liệu bổ sung. Tuy nhiên nó đặc biệt khó sử dụng khi hàn sản phẩm chân ghế hình chữ H dạng ống tròn so với các ứng dụng RSW thông thường bởi vật liệu ở dạng tròn, nhỏ và rất mỏng, quá trình tan chảy hoàn toàn nằm trong các phôi, do đó quan sát và đo đạc bị hạn chế nghiêm trọng và không có phổ quát chấp nhận các tiêu chuẩn về chất lượng mối hàn. Vì vậy, để góp phần cải thiện chất lượng mối hàn, nghiên cứu về lịch trình hàn khác nhau hoặc nguồn cung cấp năng lượng và các kế hoạch kiểm soát cần phải được cải thiện bằng cách thực hiện các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này.
Quá trình nugget phát triển là không thể nhìn thấy và khó kiểm tra không phá hủy trong quá trình hàn điểm tại chỗ. (Thuật ngữ Nugget trong Weld chỉ nhân của vũng hàn, nơi nhiệt độ đạt điểm nóng chảy của vật liệu kim loại, có màu vàng). Một quá trình hình thành nugget đầy đủ bao gồm ba giai đoạn (giai đoạn ban đầu, giai đoạn phát triển và giai đoạn ổn định). Các thông số hàn như dòng hàn, lực điện cực, vv ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng của nugget. Dòng điện lớn hơn và điện cực lớn hơn cải thiện tốc độ tăng trưởng của nugget.
Độ lớn thời gian, cường độ dòng điện và nội trở vật liệu quyết định đến kích thước Nugget.
Tóm lại, nhiệt cần thiết để tạo ra sự gắn kết được tạo ra bằng cách áp dụng một dòng điện qua các tấm giữa các điện cực. Do đó, sự hình thành một mối hàn phụ thuộc mạnh mẽ vào tính chất điện và nhiệt của vật liệu hàn. Do sự hình thành của mối hàn có thể liên kết với các quy trình hàn điện và nhiệt, việc kiểm soát các tham số điện và nhiệt là một thực tế thông thường.
Điện trở Bulk nhạy với nhiệt độ và không phụ thuộc vào áp suất. Đối với tất cả các kim loại, điện trở bulk sẽ tăng theo nhiệt độ. Điện trở bulk là một chức năng của nhiệt độ thông qua hai quá trình riêng biệt. Điện trở suất là một hàm số tăng của nhiệt độ. Ngoài ra khi tăng nhiệt độ, kim loại mở rộng, gây ra sự gia tăng sức đề kháng vì sức đề kháng tỷ lệ thuận với khoảng cách mà dòng điện di chuyển. Do đó, điện trở bulk là một yếu tố quan trọng cho chất lượng hàn trong một mối hàn dài.
Điện trở tiếp xúc là một chức năng mạnh mẽ của áp lực hoặc lực, và cũng bị ảnh hưởng bởi môi trường của bề mặt tiếp xúc. Nó sẽ thay đổi đáng kể khi bắt đầu tan chảy; do đó điện trở tiếp xúc là tham số quan trọng nhất trong vài phần nghìn giây đầu tiên trong quá trình hàn.
Chịu lực tải do các đóng góp của điện trở tiếp xúc và điện trở l bulk do vậy không liên tục trong suốt quá trình, dẫn tới sự thay đổi tốc độ gia nhiệt trong mối hàn.
Dựa theo phân tích trên, giải thích sau cho hình dạng điển hình của đường cong trở kháng động được đưa ra.
• Giai đoạn I: Các phôi được tiếp xúc dưới áp suất của lực điện cực. Điện áp được áp dụng giữa các điện cực làm dòng điện chảy tại các điểm tiếp xúc. Điện trở giữa các điện cực vào thời điểm này bằng với tổng của điện trở bulk của hai phôi, điện trở tiếp xúc điện cực hai đầu và điện trở tiếp xúc với công việc. Trong điều kiện bình thường, điện trở tiếp xúc ban đầu sẽ rất cao. Do đó, sự tạo nhiệt ban đầu sẽ được tập trung ở tất cả các bề mặt, đặc biệt là ở các mối liên hệ công việc. Nhiệt này sẽ gây ra các chất gây ô nhiễm bề mặt để phá vỡ dẫn đến một sự giảm rất mạnh của trở kháng.
• Giai đoạn II: Ngay sau khi phân hủy chất gây ô nhiễm bề mặt, tiếp xúc kim loại với kim loại đã tồn tại. Ở mức độ vi mô, bề mặt kim loại dường như mịn màng là những mặt phẳng không đều bao gồm các ngọn đồi và thung lũng. Do đó sự tiếp xúc liên tục của cả hai điện cực với các đầu nối vào phôi và phần phôi cho các đầu ra của phôi sẽ thực sự bao gồm nhiều tiếp điểm không tiếp xúc tại các điểm bất đồng làm giảm diện tích tiếp xúc tới một phần nhỏ của mặt điện cực. Điều này dẫn đến một sự phản kháng tương đối lớn. Sau đó, hệ thống sưởi ấm tập trung ở bề mặt làm việc và nhiệt độ trong khu vực này và trong các vật liệu rời sẽ tăng lên. Khi quá trình làm nóng diễn ra, các asperities làm mềm và khu vực tiếp xúc tăng như vậy, gây ra sức đề kháng giảm. Đồng thời tăng nhiệt độ kết quả trong việc tăng điện trở suất, do đó cung cấp một hiệu ứng ngược lại.
Cuối cùng, sự gia tăng diện tích tiếp xúc sẽ được khắc phục bởi sự gia tăng nhiệt độ có hiệu lực, và tổng số trở kháng sẽ bắt đầu tăng.
Giai đoạn III: Trong giai đoạn này, điện trở suất tăng do tăng nhiệt độ chiếm ưu thế đường cong kháng.
• Giai đoạn IV: Phần lớn các phôi tiếp tục tăng nhiệt độ, do đó gây trở kháng và chống lại sự gia tăng. Nhưng nhiệt được tạo ra cũng gây ra sự nóng chảy thêm xảy ra ở bề mặt, làm tăng kích thước của chất lỏng chảy vùng và mặt cắt ngang có sẵn cho dòng chảy hiện tại mà gây ra một kháng giảm. Cũng tăng mềm sẽ dẫn đến một số cơ khí sụp đổ, làm ngắn dòng chảy dòng chảy hiện tại và giảm sức đề kháng. Do đó điện trở bắt đầu giảm.
• Giai đoạn V: Sự phát triển của nugget nóng chảy và sự sụp đổ cơ học tiếp tục gây ra sức đề kháng giảm. Xóa bỏ sẽ xảy ra nếu nugget phát triển đến một kích thước sao cho kim loại rắn xung quanh dưới điện cực nén không thể chứa nó nữa.
Loạt sự kiện này cung cấp một sự diễn giải nhất quán về hình dạng của các đường cong điện trở suất Dynamic quan sát được cho quá trình hàn điểm. Mức cường độ dòng, điện cực, và các vật liệu được hàn là các biến dự kiến gây ra sự biến động đáng kể trong hình dạng.
Kiểm soát chất lượng truyền thống của các mối hàn điểm tại chỗ bằng cách phân tích DRS (Dynamic Resistance Signature)
Trình tự hàn RSW
Quá trình hàn điểm bao gồm một loạt các sự kiện rời rạc xuất hiện trong một khoảng thời gian ngắn như thể hiện trong hình:
Lưu ý times Welding tối ưu 16-20 cycles trong hàn chân ghế tại Hoa Phat.
Trong khi "bóp", điện cực di chuyển với nhau; lực được áp dụng từ một xy lanh khí nén và đạt đến giá trị trạng thái ổn định của nó. Lực hàn sẽ làm cho hai phôi tiếp xúc tốt và sau đó cung cấp khả năng kháng phù hợp để tạo nhiệt. Bước thứ hai của RSW được gọi là "hàn", khi dòng hàn được chuyển bởi các điện cực vào các phôi; nó tạo ra năng lượng để tan chảy các phần tiếp xúc của các phôi để tạo thành nugget. Kiểm soát vòng kín thời gian thực được áp dụng trong bước này, được cung cấp bởi nguồn điện hàn. Bước cuối cùng của hàn RSW là "giữ", còn được gọi là "thời gian làm mát". Mục đích của bước này là để giữ nugget nung chảy của phôi cho một thời gian nhất định cho đến khi nó nguội xuống và trở thành một nugget ổn định và vững chắc. Các lực hàn vẫn đang được sử dụng trong bước này để giữ các khớp. Để hoàn thành, điện cực phía trên được nâng lên cho phép các phôi được di chuyển và sẵn sàng để bắt đầu mối hàn tiếp theo
Nó đã được chỉ ra rằng nugget sự hình thành và phát triển có thể được mô tả như là một chức năng của các biến hàn (thời gian hàn, hiện tại và lực điện cực) bằng cách làm theo các giai đoạn nguyên tắc:
• Sự khởi đầu của nugget,
• tăng trưởng nhanh chóng nugget,
• Tăng trưởng đều đặn,
• Có thể trục xuất kim loại hàn.
Khi điện trở tiếp xúc bị ảnh hưởng mạnh bởi áp suất, điện cực được coi là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình này, đặc biệt là ở giai đoạn đầu của chu trình gia nhiệt. Điện cực cao hơn thường làm giảm điện trở tiếp xúc tại giao diện của tấm điện cực, do đó, sẽ làm giảm nhiệt / nhiệt độ bề mặt, làm giảm xu hướng trục xuất. Do đó, điện cực xác định đường kính nugget cực đại mà không bị trục xuất khi hình dạng điện cực được giữ không đổi. Bằng cách trì hoãn việc trục xuất, việc gia tăng lực điện cực có thể mở rộng cửa sổ quá trình để hàn thành công. Tuy nhiên, một lực lượng lớn làm giảm tính kháng mối hàn đòi hỏi mức độ hiện tại cao hơn làm tăng chi phí của quá trình. Hơn nữa, một điện cực dẫn đến tổn hại điện cực và có thể dẫn đến sự thụt lề bề mặt quá mức, thường là không mong muốn trong quá trình hàn vi hoặc hàn chính xác
Dòng hàn là một biến quan trọng khác ảnh hưởng đến sự hình thành nugget tăng khi công suất phát ra tương ứng với hình vuông của dòng hàn như được chỉ ra trong phương trình Q= ʃI2Rdt = ʃVtIdt. Phạm vi hiện tại được xác định bằng cách đánh giá mức tối thiểu và tối đa cho phép đối với các thuộc tính cần thiết. Một mức độ hàn phổ nhất thường được yêu cầu để tạo ra năng lượng nhiệt thích hợp cho mối hàn có đường kính nugget tối thiểu. Tuy nhiên, hiện tượng hàn quá mức gây ra sự hình thành rỗng cháy và trầy xước. Tác động của thời gian hàn cũng có thể được quan sát thấy trong quá trình hình thành mối hàn nugget. Thời gian hàn lâu hơn cho phép tạo ra nhiều nhiệt hơn cho kim loại tấm.
Tuy nhiên, thời gian hàn lâu hơn sẽ làm tăng hiệu quả làm mềm tại vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt và do đó làm giảm độ bền của mối hàn khi gia công kim loại tấm nguội.
Thời gian hàn, dòng hàn và lực hàn là các biến số kiểm soát then chốt cho điều chỉnh chất lượng của mối hàn. Các biến này có mối liên hệ chặt chẽ và do đó bất kỳ một trong các tham số này có thể được điều chỉnh để ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn điểm được tạo ra, trong phạm vi các giá trị vừa phải. Các kết quả hàn có thể biểu hiện một vài đặc điểm thường được sử dụng làm chỉ thị chất lượng mối hàn.
• Expulsion: (trục xuất): trục xuất là chỉ thị thường thấy nhất về chất lượng mối hàn.
Đây là một đặc tính của quá hàn nơi kim loại nóng chảy bị trục xuất khỏi nugget như một vòi phun tia lửa dữ dội. Lý thuyết trục xuất mới nhất là khi lực từ cây nugget do áp suất nội tại trong một chất lỏng nugget gây ra bởi sự tan chảy, sự giãn nở của chất lỏng, và các yếu tố khác vượt quá lực từ các điện cực. Xóa bỏ nghiêm trọng có thể làm giảm cường độ khớp do sự mất khối lượng kim loại. Ngoài ra, trục xuất có ảnh hưởng tiêu cực đến việc kết dính, nếu nó được sử dụng kết hợp với hàn điểm, bằng cách làm hỏng lớp kết dính; do đó, cần tránh. Theo lý thuyết trục xuất này luôn luôn xảy ra vào cuối thời gian hàn như một nugget phải có overdeveloped để điều kiện này đã xảy ra.
• Surface expulsion: (xóa bề mặt): Sản phẩm này được sản xuất khi sử dụng điện cực mòn hoặc sai.
Sự phân hủy đầu của các điện cực làm tăng điện trở của giao diện giữa điện cực và phôi. Sự gia tăng sức đề kháng này dẫn đến một tỷ lệ cao hơn của năng lượng hàn bị phân tán vào trong giao diện này gây tan cục bộ xảy ra ở giao diện của phôi. Vật liệu hóa lỏng này sau đó có thể được giải phóng thông qua một cơ chế tương tự để trục xuất; tuy nhiên, tình trạng này nói chung ít dữ dội hơn. Nhiệt độ điện cực cao tạo ra bởi điều kiện thúc đẩy sự xói mòn của các điện cực do đó ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của điện cực.
• Cold weld - Hàn lạnh: Đây là kết quả của sự hàn Under-size, nơi mà một mối hàn không hình thành hoặc rất yếu. Không đầy đủ cường độ dòng điện hoặc một thời gian hàn ngắn gây ra năng lượng không đủ để đưa vào khu vực hàn gây ra điều này.
• Under-size weld: Đây là một điểm hàn mà một nugget đã được hình thành; tuy nhiên, nugget đường kính nhỏ hơn kích thước tối thiểu được quy định trong thiết kế. Các yêu cầu đường kính nugget phụ thuộc vào việc phân loại mối hàn tại chỗ. Cả hai trục xuất và mối hàn dưới lớp thường được sử dụng như các chỉ thị trực quan của một quá trình hàn.
• Sparking: Điều này xảy ra ở giao diện điện cực - phôi khi dòng hàn được bắt đầu trước khi đặt điện cực. Các tia lửa được tạo ra khi các điện cực tiếp xúc với các phôi dẫn đến sự ăn mòn trên bề mặt điện cực và có thể làm cho các điện cực liên kết với phôi. Đốt lửa nặng có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho các điện cực trong một mối hàn duy nhất.
Công nghệ hàn SRW chữ H - You Tobe.
Bản quyền tác giả: Nguyễn Đình Sơn. CTCP Thiết bị công nghệ Sao Nam phát hành.
