ריתוך בהתנגדות חשמלית

ריתוך בהתנגדות חשמלית (Electric resistance welding – ERW) הוא תהליך ריתוך בו מחברים חלקי מתכת במגע על ידי חימומם בזרם חשמלי, להתכת המתכת באזור הריתוך. ריתוך בהתנגדות חשמלית נמצא בשימוש נרחב, למשל בייצור צינורות פלדה ובהרכבת גופים לכלי רכב. הזרם החשמלי מסופק דרך אלקטרודות המפעילות גם לחץ. לחליפין ניתן לקבל את הלחץ על החיבור בעזרת שדה מגנטי חיצוני. את תהליך ריתוך בהתנגדות חשמלית ניתן לסווג עוד יותר על ידי הגאומטריה של הריתוך ושיטת הפעלת הלחץ על החיבור: ריתוך נקודות, ריתוך תפר, ריתוך בהבזקה, ריתוך הקרנה. הגורמים המשפיעים על טמפרטורת החום^{[דרושה הבהרה]} או הריתוך הם הפרופורציות של עובי החלקים המרותכים^{[דרושה הבהרה]}, ציפוי המתכת או חוסר הציפוי, חומרי האלקטרודה, גאומטריית האלקטרודה, כוח הלחיצה על האלקטרודה, הזרם החשמלי ואורך זמן הריתוך. באופן כללי, שיטות ריתוך התנגדות יעילות וגורמות לזיהום מועט, אך יישומן מוגבל לחומרים דקים יחסית.

ריתוך נקודות

קובץ:Spot welder.miller.triddle.jpg

רתך נקודות

ריתוך נקודות הוא שיטת ריתוך התנגדות המשמשת לחיבור שני פחי מתכת חופפים כמו סנפירי מחליף חום וצינורות.

בדרך כלל מקורות הכח וציוד ריתוך תואמים לעובי ולחומר המרותך. העובי מוגבל על ידי תפוקת מקור הכוח הריתוך. בדרך כלל משתמשים בו זמנית בשתי אלקטרודות נחושת כדי להדק את יריעות המתכת זו לזו ולהעביר דרכן זרם.

כאשר הזרם מועבר דרך האלקטרודות, נוצר חום בגלל ההתנגדות החשמלית הגבוהה יותר באזור אי רציפות החומר בשטח המגע בין המשטחים. מכיוון שההתנגדות החשמלית של החומר גורמת להצטברות חום בחלקי העבודה בין אלקטרודות הנחושת, כך הטמפרטורה העולה גורמת להתנגדות עולה, ומביאה להתכה של החומר בין האלקטרודות. ככל שהחום מתפזר לאורך התהליך תוך פחות משנייה (זמן ריתוך ההתנגדות מתוכנן בדרך כלל ככמות מחזורי זרם חילופין או אלפיות השנייה) המצב המותך או הפלסטי גדל כדי לעמוד בקצות הריתוך. כאשר עצירת הזרם נעצרת, קצות הנחושת מקררים את הריתוך, וגורמים למתכת להתמצק תחת לחץ. אלקטרודות הנחושת מקוררות במים ומסלקות את החום מאזור הריתוך, ומאיצות את התמצקות המתכת, שכן נחושת היא מוליך מצוין.^{[דרושה הבהרה]}

חסרונות

אם נוצר חום גבוה או שהתהליך מופעל מהר מדי, או אם הכוח בין חומרי הבסיס נמוך מדי, או שהציפוי עבה מדי או מוליך מדי, אזי האזור המותך עשוי להתרחב אל החלק החיצוני של החלקים המרותכים ולהקטין את כוח ההצמדה של האלקטרודות וכאשר זה מתרחש המתכת תהיה דקה יותר והחיבור יהיה לקוי. השיטה הנפוצה לבדיקת איכות הריתוך היא בדיקת קילוף. מבחן אלטרנטיבי הוא מבחן מתיחה שקשה לבצע אותו והוא דורש ציוד מכויל. שתי הבדיקות הן הרסניות באופיין (וכתוצאה מכך גורמות לאובדן של חומר ניתן למכירה),לכן יש העדפה לבדיקות אל הרס כמו אולטרסאונד שנמצאות בתהליך קליטה על ידי יצרני ציוד מקורי רבים.

יתרונות

היתרונות של השיטה כוללים שימוש יעיל באנרגיה, עיוות מוגבל של חומר העבודה, קצב ייצור גבוה, ויכולת לאוטומציה ורובוטיקה. וללא חומרי מילוי נוספים. כאשר יש צורך בחוזק גבוה בגזירה, ריתוך נקודות עדיף על שימוש במסמרות אמנם חוזק הגזירה של כל נקודת ריתוך גבוה, אך העובדה שלא נוצר תפר רציף. תפר רציף פירושו כי החוזק הכללי לרוב נמוך משמעותית מאשר בשיטות ריתוך אחרות, מה שמגביל את השימושיות של התהליך. שימוש רב בתהליך זה מבוצע בתעשיית הרכב

סוגי הריתוך

ישנם שלושה סוגים בסיסיים של תהליכי ריתוך התנגדות: חיבור במצב מוצק, ריתוך התכה וריתוך משולב הלחמה קשה.

תהליך במצב מוצק, המכונה גם ריתוך תרמו לחץ, מחברים חומרים שונים עם מבנה גרעינים שונה, למשל מוליבדן לטונגסטן, תוך שימוש בחימום קצר מאוד, אנרגיית ריתוך גבוהה וכוח גבוה. יש מעט התכה והתפתחות מינימלית של גרעינים, אך קשר וממשק גרעיני מוגדר. לפיכך, החומרים מתקשרים למעשה כשהם במצב מוצק. החומרים המלוכדים מראים בדרך כלל חוזק לגזירה ועוצמת מתיחה, אך חוזק קליפות ירוד.

תהליך בהיתוך, חומרים דומים או שונים עם מבני גרעין דומים מחוממים לנקודת ההיתוך (מצב נוזלי) של שניהם. הקירור ושילוב החומרים שלאחר מכן יוצרים סגסוגת "nugget" של שני החומרים עם גידול גרעינים גדול יותר. בדרך כלל, אנרגיות ריתוך גבוהות קצרות או ארוכות בעת ריתוך, בהתאם למאפיינים הפיזיים, משמשות לייצור קשרי היתוך. החומרים המלוכדים בדרך כלל מראים חוזק למתיחה, וחוזק מצוין לגזירה.

ריתוך משולב הלחמה קשה, חימום התנגדות של חומר הלחמה בטמפרטורה נמוכה, זהב או פליז, משמש לחיבור בין חומרים שונים או שילובי חומרים עבים / דקים ומגוונים. חומר ההלחמה צריך "להרטיב" בכל משטח המגע וצריך להיות בעל נקודת התכה נמוכה יותר משני החלקים המחוברים. לחיבור שנוצר יש ממשקים מוגדרים של גידול הגרעינים. בדרך כלל התהליך דורש זמן חימום ארוך יותר (2 עד 100 ms) באנרגיית ריתוך נמוכה. לחיבור שהתקבל יש חוזק מצוין למתיחה אך חוזק נמוך לגזירה.

ריתוך בתפר התנגדות

ריתוך בתפר התנגדות הוא תהליך לריתוך של שתי מתכות דומות. התפר מבוצע תוך התקדמות לאורך התפר. ובדרך כלל הוא תהליך אוטומטי. זה שונה מריתוך נקודות וריתוך התפרים מבצע את הריתוך בהדרגה, החל מקצה אחד.

התהליך

בדומה לריתוך נקודות, ריתוך התפר נשען על שתי אלקטרודות, בדרך כלל מיוצרות מנחושת, כדי להפעיל לחץ וזרם. האלקטרודות בדרך כלל מעוצבות בצורת גלגלים ומסתובבות ככל שהחומר עובר ביניהן. זה מאפשר לאלקטרודות להישאר במגע מתמיד עם החומר כדי ליצור ריתוכים ארוכים. האלקטרודות עשויות גם לסייע בהנעת החלקים על שולחן העבודה.

מקור האנרגיה

שנאי מספק אנרגיה לאזור הריתוך בצורה של מתח AC נמוך וזרם גבוה. לחלק המרותך יש התנגדות חשמלית גבוהה יחסית לשאר המעגל והוא מתחמם לנקודת ההתכה שלו על ידי הזרם. המשטחים המותכים למחצה נלחצים זה לזה בלחץ הריתוך היוצר חיבור על ידי היתוך, וכתוצאה מכך מתקבל מבנה מרותך אחיד. ברוב ריתוכי התפרים משתמשים בקירור מים דרך מכלולי האלקטרודה, השנאי והבקר כדי פזר את החום הנוצר.

תכונות ריתוך התפר

ריתוך התפר מייצר ריתוך עמיד במיוחד מכיוון שהחיבור עובר תהליך חישול בגלל החום והלחץ המופעל. חיבור מרותך כראוי הנוצר באמצעות ריתוך התנגדות יכול בקלות להיות חזק יותר מהחומר ממנו הוא נוצר.

שימוש נפוץ בריתוך תפר מקובל במהלך ייצור צינורות פלדה עגולים או מלבניים. ריתוך תפר שימש לייצור מכלים לשתייה מפלדה אך לאחרונה אין שימוש לצורך זה מכיוון שפחיות משקה מודרניים מיוצרים מפח אלומיניום.

סוגי ריתוך תפר

ישנם שני מצבים לריתוך תפר: לסירוגין ומתמשך. בריתוך תפר לסירוגין, הגלגלים מתקדמים למצב הרצוי ועוצרים כדי להפוך כל ריתוך. תהליך זה נמשך עד להגיע לאורך הרצוי של הריתוך.

בריתוך תפר רציף, הגלגלים ממשיכים להתגלגל כשכל הריתוך מיוצר.

ריתוך בהתנגדות חשמלית בתדר נמוך

ריתוך בהתנגדות חשמלית בתדר נמוך, LF-ERW, הוא שיטה מיושנת לריתוך תפרים בצינורות נפט וגז תהליך זה בוצע בשנות השבעים של המאה ה-20 אך נכון לשנת 2015 מעט מאוד צינורות שנבנו בשיטה זו נותרו בשירות.

צינור מרותך בהתנגדות חשמלית (ERW) מיוצר על ידי עיצוב קר של פח פלדה לצורה גלילית. לאחר מכן מועבר זרם בין שני קצוות הפלדה כדי לחמם את הפלדה עד לנקודה בה מאולצים הקצוות יחד כדי ליצור קשר ללא שימוש בחומר מילוי ריתוך. בתחילה היה השימוש בתהליך ייצור זה בזרם AC בתדר נמוך לבצוע הריתוך. בתהליך זה נעשה שימוש משנות העשרים של המאה העשרים ועד 1970. משנת 1970 מבוצע התהליך ERW בתדר גבוה שמייצר ריתוך באיכות גבוהה יותר.

עם הזמן, התברר שריתוכים של צינור ERW בתדר נמוך נמצאו רגישים לקורוזיה באזור התפר. ולכן ERW בתדר נמוך כבר לא משמש לייצור צינורות. התהליך בתדר גבוה עדיין משמש לייצור צינורות.

לקריאה נוספת

• O'Brien, R.L. (Ed.) (1991). Welding Handbook Vol. 2 (8th ed.). Miami: American Welding Society. ISBN 0-87171-354-3ISBN 0-87171-354-3
• Resistance Welding Manufacturing Alliance
• "Making Resistance Spot Welding Safer," from the Welding Journal
• "High-frequency electric resistance welding: An overview," from The Fabricator

קישורים חיצוניים

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא [[commons:Category:{{#property:P373}}|ריתוך בהתנגדות חשמלית]] בוויקישיתוף

• קובץ:YouTube full-color icon (2017).svg Blast from the Past: Intro to Resistance Welding, סרטון בערוץ "American Welding Society ®", באתר יוטיוב (אורך: 19:09)