نقطه جوش: تعریف، نحوه کار، مزایا و معایب

آخرین به روزرسانی

مقدمه

نقطه جوش (Spot Welding) یک روش جوشکاری تماسی است که به طور گسترده ای در صنعت خودروسازی برای جوش های قوی و با جلوه زیبا استفاده می شود. این روش با استفاده از دو الکترود برای عبور جریان از نقطه جوش، افزایش گرمای محل جوش، ذوب فلز و جوش دادن قطعات عمل می کند. جوشکاری نقطه ای کارآمد است و می تواند خودکار شود، با این حال، به جوشکاری هایی با ضخامت حداکثر 3 میلی متر محدود می شود.

نقطه جوش چیست؟

جوشکاری نقطه ای با اعمال یک جریان الکتریکی از سطح تماس دو (یا چند) قطعه فلز برای ذوب و اتصال آنها کار می کند. این کار با استفاده از دو پروب آلیاژی مسی که جریان را در میان فلزات اعمال می کنند، انجام می شود. مقاومت در برابر جریان اعمال شده، دمای فلز را افزایش می دهد و آن را ذوب می کند. این پروب ها همچنین برای نگه داشتن قطعات در محل، فشار وارد می کنند.

اصطلاح دیگر برای جوشکاری نقطه ای چیست؟

جوشکاری نقطه ای به دلیل باقی گذاشتن علامت های نقاطی به عنوان “جوشکاری نقطه ای” به صورت تخصصی تر (spot welding) یا نقطه جوش به صورت عامیانه تر و در بازار کار شناخته می شود. با این حال، به دلیل اتکا بر مقاومت دو ماده در فرایند، به آن “جوشکاری مقاومتی” (resistance welding) یا “جوشکاری نقطه ای مقاومتی” (spot resistance welding) نیز می گویند.

اهمیت نقطه جوش

نقطه جوش نقش مهمی در ساخت خودرو دارد و می توان از نقطه جوش های صنعتی در خط مونتاژ خودکار استفاده کرد. خط مونتاژ خودکار و در نتیجه جوشکاری نقطه ای ظرفیت تولید کلی را افزایش می دهد و در عین حال هزینه ها را پایین نگه می دارد.

هدف از نقطه جوش

هدف از جوشکاری نقطه ای ساخت دو یا چند قطعه فلزی، معمولاً به شکل ورق است. با استفاده از نقطه جوش، می توان یک اتصال ساختاری را با یک فرآیند خودکار و بدون مواد پرکننده یا پس پردازش ایجاد کرد.

نحوه کار جوشکاری نقطه ای

جوشکاری نقطه ای یک فرآیند سه مرحله ای است که شامل تراز کردن قطعه کار، اعمال فشار الکترود، و سپس استفاده از جریان برای اتصال فلز است. این سه مرحله به طور مفصل در زیر توضیح داده شده است:

1. تراز کردن فلز: ابتدا فلزات را به درستی تراز کنید، زیرا پس از جوشکاری نمی توان آنها را تغییر داد. تراز باید به درستی محکم شود زیرا این فرآیند باعث تاب برداشتن فلز می شود. نقاط جوشکاری باید از یک ترتیب پیروی کنند که تاب برداشتن را به حداقل برساند. به عنوان مثال، جوشکاری دو ورق ممکن است نیاز به جوشکاری یک گوشه، سپس گوشه دیگر، و سپس وسط داشته باشد. این کار از تغییر شکل اتصالات به‌صورت جوشکاری از یک گوشه به گوشه‌ای دیگر جلوگیری می کند.
2. اعمال فشار: مرحله دوم جوشکاری، اعمال فشار مناسب به الکترودها است. با اعمال فشار، فلز مذاب ایجاد شده توسط مقاومت جریان عبوری از قطعات جداگانه به هم فشرده می شود. استفاده از الکترودهای مسی رایج است زیرا می توانند در برابر گرما و فشار بدون اکسید شدن مقاومت کنند.
3. اعمال جریان: در نهایت جریان اعمال می شود. اگر جوشکاری خودکار نباشد، معمولاً برای اعمال جریان از یک پدال پایی استفاده می شود. زمان و شدت جریان اعمال شده به ضخامت ماده بستگی دارد. برای مدت کوتاهی پس از قطع جریان، فلز به جوشکاری مناسب قطعات به هم کلمپ می ماند

پارامترهای کلیدی نقطه جوش

نقطه جوش یا جوشکاری مقاومتی نقطه ای یکی از روش‌های پرکاربرد جوشکاری است که در آن با اعمال گرما و فشار، دو قطعه فلزی به هم متصل می‌شوند. برای دستیابی به یک جوش با کیفیت و پایدار، در نظر گرفتن چندین پارامتر کلیدی الزامی است. در ادامه به بررسی هر یک از این پارامترها می‌پردازیم:

فشار

فشار اعمال شده توسط الکترودها بر روی قطعات کار، نقش بسیار مهمی در کیفیت جوش دارد. اگر فشار بیش از حد باشد، ممکن است باعث نازک شدن مواد و ایجاد ترک در محل جوش شود. از سوی دیگر، فشار ناکافی نیز منجر به اتصال ضعیف بین قطعات می‌شود. به طور معمول، کاهش ضخامت قطعه پس از جوشکاری نباید از 25 درصد ضخامت اولیه بیشتر شود.

جریان

جریان الکتریکی یکی دیگر از پارامترهای مهم در جوشکاری نقطه ای است. میزان جریان به طور مستقیم بر مقدار گرمایی که در محل اتصال تولید می‌شود، تأثیر می‌گذارد. انتخاب جریان مناسب به عواملی مانند مقاومت الکتریکی و نقطه ذوب مواد بستگی دارد. جریان کم ممکن است به ایجاد جوش کافی منجر نشود و جریان زیاد نیز می‌تواند باعث سوختن فلز شود.

ناحیه نوک الکترود

اندازه و شکل نوک الکترودها بر روی اندازه و شکل جوش ایجاد شده تأثیرگذار است. نوک الکترودهای کوچک‌تر معمولاً جوش‌های کوچکتری ایجاد می‌کنند، اما ممکن است به اتصال ضعیف‌تری منجر شوند. از سوی دیگر، نوک الکترودهای بزرگ‌تر جوش‌های بزرگتری ایجاد می‌کنند، اما ممکن است باعث ایجاد حفره در محل جوش شوند. بنابراین، انتخاب اندازه مناسب نوک الکترود برای هر کاربرد خاص ضروری است.

چرخه زمان جوشکاری

مدت زمانی که جریان و فشار بر روی قطعات اعمال می‌شود، چرخه زمان جوشکاری نامیده می‌شود. این پارامتر بر عمق نفوذ جوش و اندازه منطقه تحت تأثیر حرارت تأثیر می‌گذارد. زمان جوشکاری کوتاه ممکن است به ایجاد جوش ناقص منجر شود و زمان جوشکاری طولانی نیز می‌تواند باعث سوختن فلز شود.

در نتیجه، برای دستیابی به یک جوش با کیفیت در فرایند جوشکاری نقطه ای، باید تمامی پارامترهای ذکر شده به دقت کنترل شوند. انتخاب صحیح هر یک از این پارامترها به نوع مواد، ضخامت قطعات، و خواص مکانیکی مورد نیاز برای جوش بستگی دارد.

کاربردهای نقطه جوش

کاربردهای متعددی در جوشکاری نقطه ای وجود دارد که شامل: صنعت خودروسازی، صنعت الکترونیک، تولید میخ و صنعت پزشکی می شود. صنعت خودرو از نقطه جوش استفاده میکند زیرا سریع، قابل اعتماد و مقرون به صرفه است. همچنین جوشکاری نقطه ای می تواند توسط یک روبات خودکار، در خط مونتاژ انجام شود که باعث افزایش تولید، کاهش هزینه ها و کیفیت بالا بصورت یکنواخت می شود.

صنعت الکترونیک از نقطه جوش استفاده می کند زیرا می تواند در دماهای پایین تر از سایر روش ها جوشکاری کند. این از قطعات در برابر گرمای بیش از حد در حین ساخت محافظت می کند. ساخت میخ با جوشکاری نقطه ای، میخ ها را با یک سیم فولادی ترکیب می کند تا رول میخ ایجاد شود. این روش بسیار سریع است و حدوداً 1200 میخ در دقیقه تولید میکند. در صنعت پزشکی از نقطه جوش برای اتصال ایمپلنت های دندانی استفاده می شود. شکل 1 تصویری از جوشکاری نقطه ای در صنعت خودروسازی است:

چگونه جوشکاری نقطه ای انجام می شود؟

فرآیند نقطه جوش نسبتاً ساده است. مراحل زیر در چهار مرحله نحوه انجام جوشکاری نقطه ای را شرح می دهد:

1. دو قطعه فلزی را محکم نگه دارید.
2. با استفاده از الکترودها به محل مورد جوش فشار وارد کنید.
3. یک جریان به اندازه کافی زیاد از طریق الکترودها اعمال کنید.
4. فشار الکترود را روی محل جوش نگه دارید تا زمانی که مواد جامد شود.

نکات و راهکارهایی برای جوشکاری نقطه ای با کیفیت بالا

برخی نکات و راهکارهایی وجود دارد که توانایی دستیابی به نقطه جوش با کیفیت بالا را افزایش می دهد.

1. برای گرمای بیشتر از انبرک های کوتاه تر (الکترودها) استفاده کنید. انبرک های بلند مستعد خم شدن، کاهش فشار و ایجاد ناهماهنگی هستند.
2. اطمینان حاصل کنید که هرگز بین دو قطعه فلزی که جوشکاری می شوند فاصله نباشد.
3. مطمئن شوید که دو الکترود برای جریان مناسب، تراز مناسبی دارند.
4. هندسه نوک (الکترود) بر ظاهر نهایی قطعه تأثیر می گذارد.
5. نوک الکترودها را تمیز نگه دارید تا تماس مناسب برای جریان برقرار شود.

آیا نقطه جوش سخت است؟

خیر، جوشکاری نقطه ای سخت نیست، تا زمانی که فرآیند به درستی دنبال شود، فرآیند نسبتاً ساده ای است. در حالی که این امر برای فولادهای کم کربن صادق است، جوشکاری فولادهای پرکربن می تواند به دلیل مقاومت کم، سخت تر باشد و برای گرم کردن قطعات کار به جریان بیشتری نیاز باشد. این همچنین منجر به جوش های ترد و مستعد ترک خوردن می شود.

موادی که می توانند در جوشکاری نقطه ای استفاده شوند کدام اند؟

طیف وسیعی از فلزات را می توان با نقطه جوش، جوشکاری کرد. فلزاتی که برای جوشکاری بهترین گزینه اند، رسانایی حرارتی کم و مقاومت بالایی دارند. فلزاتی که می توانند با این روش جوش داده شوند عبارتند از:

1. آلومینیوم

آلومینیوم به عنوان یک ماده نقطه جوش محبوب تر می شود زیرا با توجه به اهمیت سبکی وزن، از فولاد در صنعت خودروسازی جایگزین می شود. آلومینیوم دارای هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی است که جوشکاری نقطه ای آن را سخت می کند. برای غلبه بر این مشکل، جریانی 2 تا 3 برابر بیشتر از آنچه برای فولاد استفاده می شود، برای ذوب و جوش آلومینیوم مورد نیاز است. به همین دلیل، الکترودهای مورد استفاده باید با آب خنک شوند.

2. مس

جوشکاری نقطه ای مس به ابزار خاصی نیاز دارد. هدایت حرارتی و الکتریکی بالا مس به این معنی است که تمایل دارد خود را به الکترودهای آلیاژ مس استاندارد جوش دهد. برای جلوگیری از این امر، از الکترودهای تنگستن و مولیبدن استفاده می شود.

3. فولاد

فولاد مخلوطی از کربن و آهن است که برای ایجاد ماده ای بسیار قوی تر از مواد تشکیل دهنده آن ترکیب می شود. فولاد یکی از آسان ترین و رایج ترین مواد برای نقطه جوش است. جوشکاری نقطه ای فولادهای کم کربن به دلیل رسانایی حرارتی کم و مقاومت بالا آسان تر است. فولاد در صنعت خودرو برای ساخت شاسی و بدنه خودرو جوشکاری نقطه ای می شود.

4. نیکل

نیکل یک فلز سفید نقره ای است که در تولید سلول های باطری استفاده می شود. از نقطه زن ها برای جوش دادن ترمینال های سلول های باتری به نوارهای نیکل استفاده می شود. نیکل همچنین در تولید سلول ها در باتری جوش داده می شود.

5. برنج

برنج یک فلز نرم است که می توان آن را با جوشکاری نقطه ای برای ایجاد لوله، جواهرات و آلات موسیقی جوش داد. برنج دارای نقطه ذوب پایینی است و بسیار چکش خوار است که جوشکاری نقطه ای آن را آسان می کند و به راحتی می توان آن را به هندسه های پیچیده تبدیل کرد.

6. فولاد گالوانیزه

تفاوت اصلی بین جوشکاری فولاد گالوانیزه و فولاد غیر گالوانیزه این است که به جریان جوشکاری بالاتری نیاز دارد و پوشش با الکترود واکنش نشان می دهد که عمر آن را کوتاه می کند. روی نقطه ذوب پایین تری نسبت به فولاد دارد و بنابراین ابتدا ذوب می شود و بیشتر از جوش خارج می شود.

موادی که نمی توان در جوشکاری نقطه ای از آنها استفاده کرد کدام اند؟

به طور کلی، موادی که نمی توان جوش داد، مواد غیرفلزی از جمله کامپوزیت، پلاستیک و چوب هستند. جوشکاری برخی از مواد به دلیل رسانایی حرارتی بالا، رسانایی کم یا نقطه ذوب بالا دشوار است.

جوشکاری نقطه ای لیزری

نقطه جوش لیزری، فرآیندی مدرن و پیشرفته در دنیای جوشکاری است که با استفاده از انرژی متمرکز نور لیزر، فلزات را در نقطه ای خاص ذوب و به هم پیوند می دهد. این روش، جایگزینی دقیق و کارآمد برای جوشکاری نقطه ای سنتی با الکترود محسوب می شود و مزایای متعددی را به ارمغان می آورد.

نحوه عملکرد جوشکاری نقطه ای لیزری

1. تابش لیزر: لیزر با طول موج و توان مناسب، به نقطه مورد نظر تابانده می شود.
2. جذب انرژی: فلز، انرژی لیزر را جذب کرده و به سرعت گرم می شود.
3. ذوب فلز: گرمای متمرکز لیزر، نقطه مورد نظر را در فلز ذوب می کند.
4. ایجاد حوضچه مذاب: حوضچه ای از فلز مذاب در محل اتصال ایجاد می شود.
5. تشکیل جوش: با سرد شدن حوضچه مذاب، دو قطعه فلز به هم جوش می خورند.

مزایای جوشکاری نقطه ای لیزری

1. دقت و ظرافت: لیزر، انرژی را با دقت بالا در نقطه مورد نظر متمرکز می کند و از ایجاد ضایعات و تغییر شکل در سایر قسمت ها جلوگیری می کند.
2. کیفیت جوش بالا: جوش های حاصل از این روش، عاری از تخلخل و ترک بوده و از استحکام بالایی برخوردارند.
3. سرعت بالا: فرآیند جوشکاری با سرعت بالایی انجام می شود و به همین دلیل برای تولید انبوه مناسب است.
4. انعطاف پذیری: می توان از لیزرهای مختلف با طول موج و توان های گوناگون برای جوشکاری انواع فلزات و ضخامت های مختلف استفاده کرد.
5. کنترل دقیق: فرآیند جوشکاری به طور کامل توسط سیستم های کنترلی لیزر کنترل می شود و از دقت و ثبات بالایی برخوردار است.
6. عدم نیاز به مواد پرکننده: در این روش، برخلاف جوشکاری سنتی، نیازی به استفاده از مواد پرکننده نیست.
7. ایمنی: جوشکاری نقطه ای لیزری، فرآیندی ایمن تر نسبت به جوشکاری سنتی است و خطرات کمتری را به همراه دارد.

محدودیت های جوشکاری نقطه ای لیزری

1. هزینه: دستگاه های لیزر جوشکاری نقطه ای، به مراتب گران تر از دستگاه های جوشکاری نقطه ای سنتی هستند.
2. محدودیت ضخامت: این روش برای جوشکاری فلزات با ضخامت های بالا مناسب نیست.
3. نیاز به تخصص: کار با لیزر و انجام تنظیمات دقیق، به دانش و تخصص کافی اپراتور نیاز دارد.

چه نوع لیزری در جوشکاری نقطه ای استفاده می شود؟

جوشکاری نقطه ای لیزری فرآیندی مدرن تر است. جوشکاری نقطه ای لیزری یک جوش بدون تماس است که سریعتر و مقرون به صرفه تر از جوشکاری نقطه ای الکترودی است. لیزرهای فیبر، CO2 و Nd:YAG برای جوشکاری نقطه ای استفاده می شوند. لیزرهای فیبر در مقایسه با دستگاه های جوشکاری نقطه ای لیزری CO2 و Nd:YAG، دقت، راندمان الکتریکی، تعمیر و نگهداری و هزینه های عملیاتی بهتری را ارائه می دهند.

جوش نقطه ای چقدر قوی است؟

نقطه جوش یک روش بسیار قوی برای ساخت دو قطعه فلز است. با این حال، استحکام خاص یک جوش توسط عوامل متعددی از جمله اندازه جوش، ضخامت ماده، کاهش ضخامت جوش و وجود نقص تعیین می شود. یکی از بزرگترین محدودیت های استحکام جوش نقطه ای این است که فقط می توان از آن برای فلزاتی با ضخامت کمتر از 3 میلی متر استفاده کرد.

قیمت دستگاه جوش نقطه ای

قیمت دستگاه های نقطه جوش بسته به حداکثر توان خروجی دستگاه متفاوت است. قیمت ها از حدود 1500 دلار برای یک نقطه زن دستی 6 Kva شروع می شود و تا 60000 دلار برای یک نقطه زن با توان بالا می رسد.در این جمله، “6 Kva” به مشخصات فنی دستگاه جوش نقطه ای (spot welder) اشاره دارد و مخفف “کیلو ولت آمپر” (Kilovolt-ampere) است. کیلو ولت آمپر واحد اندازه گیری توان ظاهری است، که در سیستم های الکتریکی AC استفاده می شود. در مورد جوش های نقطه ای، KVA به حداکثر توان نامی دستگاه اشاره دارد که توانایی آن برای انتقال جریان در حین جوشکاری را نشان می دهد.

عمر دستگاه جوش نقطه ای

یک دستگاه نقطه جوش خوب می تواند بیش از 20 سال عمر کند. با این حال، عمر مفید یک دستگاه جوش نقطه ای با توجه به استفاده و نگهداری آن متفاوت خواهد بود. دستگاهی که بهتر نگهداری می شود، عمر طولانی تری خواهد داشت. برخی از علائم کلیدی که باید به دنبال آنها بود تا مشخص شود آیا به یک نقطه زن جدید نیاز است عبارتند از:

• هزینه تعمیر: ممکن است یک دستگاه برای همیشه عمر کند، اما افزایش قابل توجهی در هزینه های تعمیر، جایگزینی با یک دستگاه جدید را توجیه پذیر می کند.
• بهره وری: اگر دستگاه موجود کند می شود یا دستگاه های مدرن تری وجود دارند که سریعتر جوشکاری می کنند و بهره وری را افزایش می دهند، ممکن است خرید یک دستگاه جدید ارزش سرمایه گذاری را داشته باشد.
• صورتحساب های انرژی بالا: نقطه زن ها از انرژی زیادی استفاده می کنند و با افزایش سن قطعات دستگاه، مقاومت آنها افزایش می یابد و از انرژی بیشتری استفاده می کنند، در این صورت ممکن است ارتقا به دستگاه جدید مقرون به صرفه باشد.

مزایای جوشکاری نقطه ای

جوشکاری نقطه ای نسبت به سایر اشکال جوشکاری مزایایی دارد زیرا هم خواص عملکردی و هم زیبایی خوبی دارد که در صنعت خودرو مورد نیاز است. مزایای دیگر جوشکاری نقطه ای عبارتند از:

1. سریع و کارآمد است و به حداقل عملیات پس از پردازش نیاز دارد.
2. به آموزش زیادی نیاز ندارد.
3. ایمن تر از سایر فرآیندهای جوشکاری است که به گازها و شعله های باز نیاز دارند.
4. می تواند به طور موثر توسط ربات ها انجام شود.
5. می تواند بیش از دو ورق فلز را به طور همزمان به هم وصل کند.
6. به هیچ ماده پرکننده ای نیاز ندارد.
7. مقرون به صرفه است.

معایب جوشکاری نقطه ای

جوشکاری نقطه ای معایبی نیز دارد، به ویژه اینکه یک عدم انطباق کوچک در دستگاه جوشکاری می تواند منجر به عدم جوش شود. سایر معایب عبارتند از:

1. به دلیل جوش بد، ممکن است فلز به طور دائمی تغییر شکل دهد که منجر به ضایعات بالا می شود.
2. ضخامت فلز بیش از 3 میلی متر قابل استفاده نیست.
3. اتصال جوش نقطه ای موضعی است که می تواند منجر به جوش ضعیف تر شود.
4. تغییر جزئی در فشار می تواند منجر به تغییرات بزرگ در کیفیت محصول شود.
5. الکترودها به دلیل ترک خوردگی حرارتی از بین می روند.

عوارض جانبی جوشکاری نقطه ای

جوشکاری نقطه ای می تواند به ویژه خطرناک باشد و منجر به عوارض جانبی شود. سایر عوارض جانبی عبارتند از:

1. ایجاد گازهای مضر.
2. خطر سوختگی از فلز داغ/الکترودهای داغ.
3. جرقه الکتریکی.
4. خطر بالقوه آتش سوزی.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

این مقاله نقطه جوش را معرفی کرد، آن را توضیح داد و در مورد نحوه عملکرد و مزایای مختلف آن بحث کرد. این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه آنلاین ساخت و تولید ایران به نشانی digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

• xometry.com/resources/sheet/what-is-spot-welding
• twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-spot-welding

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.