Analiza procesu zgrzewania rezystancyjnego z elektromechanicznym dociskiem elektrod - Zygmunt Mikno
Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2018 r.
ISBN 978-83-7880-587-8
Streszczenie
Monografia dotyczy problematyki docisku elektrod w procesie zgrzewania rezystancyjnego. Przeanalizowano dwa reprezentatywne systemy: pneumatyczny (SPD) i elektromechaniczny (SED). Przeprowadzono analizę numeryczną i weryfikację eksperymentalną.
Cechą charakterystyczną konwencjonalnego SPD jest to, że siła docisku elektrod jest parametrem zadanym, a wynikiem jest przemieszczenie elektrod. Z uwagi na dużą inercję mechaniczną układu pneumatycznego w czasie przepływu prądu nie ma możliwości sterowania ani przebiegiem siły, ani przemieszczeniem elektrod. Siła docisku dla SPD ma zazwyczaj stałą i niekorzystnie zbyt dużą wartość. Jest to powodem wielu niedogodności, takich jak: udarowe uderzenie elektrod, zgrzeina pierścieniowa, połączenie w stanie stałym (zgrzewanie garbowe), ekspulsja, wąskie okno parametrów zgrzewania. SPD poddano optymalizacji przez zastosowanie alternatywnego SED i specjalnego hybrydowego algorytmu sterowania siłą lub/i przemieszczeniem elektrod. Idea nowego sposobu sterowania z SED polega na wywarciu niniejszej siły docisku przed przepływem prądu zgrzewania i sterowaniu przemieszczeniem elektrod w czasie jego przepływu. Takie nowatorskie podejście, w którym przemieszczenie elektrod jest parametrem zadanym, a wynikiem jest modulowany przebieg siły docisku, może zrewolucjonizować i zmienić dotychczasowe poglądy na temat przebiegu procesu zgrzewania rezystancyjnego oraz znacząco wpłynąć na rozwój tej technologii zarówno w kraju, jak i na świecie. Efektem takiego sterowania jest poprawa przestrzennego rozkładu mocy zgrzewania polegająca na zwiększeniu gęstości prądu, tym samym zwiększeniu gęstości energii, w najistotniejszym (z punktu widzenia tworzenia zgrzeiny) miejscu, tj. w styku elementów zgrzewanych. Występują wówczas zdecydowanie korzystniejsze warunki, które pozwalają na intensyfikację nagrzewania i topienia materiałów zgrzewanych. W ten sposób wyeliminowano niedogodności charakterystyczne dla SPD, co w istotny sposób wpłynęło na wzrost jakości wykonywanych połączeń.
Metodyka badawcza polegała na opracowaniu modeli numerycznych dla kilku różnych odmian zgrzewania rezystancyjnego: blach z wytłoczonym garbem, prętów na krzyż, śrub i nakrętek, punktowego dwustronnego blach na zakładkę. Przeprowadzono obliczenia numeryczne celem dogłębnej analizy procesu zgrzewania z SPD. Następnie proces poddano optymalizacji przez zastosowaniem SED i specjalnego hybrydowego algorytmu sterowania. Opracowano i wykonano stanowiska badawcze zgrzewarek z SED. Dla ww. wariantów przeprowadzono weryfikację eksperymentalną. Przeprowadzone badania numeryczne i eksperymentalne wykazały możliwość poprawy procesu zgrzewania w aspekcie: uzyskania pełnego jądra zgrzeiny, eliminacji ekspulsji, zwiększenia wysokości i szerokości jądra zgrzeiny, większego wtopienia, wzrostu wytrzymałości zgrzeiny, poprawy jakości.
Optymalizacja procesu wykazała kilka istotnych zalet wynikających z zastosowania SED i algorytmów sterowania, w porównaniu z SPD. Do zalet należy zaliczyć: możliwość zgrzewania mniejszym prądem (mniejsza moc zgrzewarki), możliwość wydłużenia lub skrócenia czasu zgrzewania, w zależności od przyjętego kierunku optymalizacji, wymagana jest mniejsza siła docisku.
Nowa idea sterowania przemieszczeniem elektrod zmienia dotychczasowe podejście do technologii zgrzewania rezystancyjnego i znacząco wpłynie na rozwój tej dziedziny łączenia materiałów.
