Kočevar d.o.o.
Mikro uporovno varjenje se uporablja za spajanje zelo majhnih kovinskih komponent, tankih pločevin, žic, kontaktov, folij in drugih elementov, pri katerih so zahtevani majhen toplotni vpliv, visoka natančnost in dobra ponovljivost procesa.
Čeprav temelji na enakem osnovnem principu kot klasično uporovno varjenje, je mikrovarjenje občutljivejše na že zelo majhna odstopanja materiala, geometrije, površine in procesnih parametrov. Pri tako majhnih spojih lahko že sprememba debeline prevleke, nečistoča na površini, nekoliko drugačen položaj elektrode ali minimalno odstopanje sile povzroči bistveno spremembo kakovosti zvara. Laboratorijsko mikrovarjenje je zato pomemben del razvoja izdelka in proizvodnega procesa. Njegov namen ni samo določitev nastavitve, pri kateri je mogoče izdelati sprejemljiv zvar, temveč določitev stabilnega procesnega območja, ki omogoča ponovljivo kakovost tudi pri običajnih proizvodnih odstopanjih.
Pri mikrovarjenju se energija v zvar dovaja zelo hitro in na omejenem območju. Ker imajo varjenci majhno maso, se segrejejo in ohladijo v zelo kratkem času. To omogoča hiter proces in majhno toplotno prizadeto območje, vendar hkrati pomeni, da je odziv sistema na spremembe hitrejši kot pri klasičnem uporovnem varjenju. Posebej pomembna je električna kontaktna upornost med varjencema. Površinski oksidi, galvanske prevleke, maščobe, ostanki čiščenja in mehanske nepravilnosti lahko močno vplivajo na začetek in nadaljnji potek varjenja. Na kakovost zvara vplivajo tudi električna in toplotna prevodnost materialov. Pri spajanju podobnih materialov je razvoj procesa praviloma preprostejši, medtem ko so kombinacije različnih materialov zahtevnejše. Poseben izziv predstavljajo baker, aluminij, nikelj, nerjavna jekla in njihove različne kombinacije, saj se razlikujejo po prevodnosti, trdoti, temperaturi taljenja in obnašanju površinskih prevlek.
Za mikro uporovno varjenje se uporabljajo različni tipi napajalnih virov. Izbira je odvisna od materiala, dimenzij varjencev, geometrije spoja in zahtevane hitrosti procesa. Pri zelo kratkih ciklih je pomembno, da napajalni vir omogoča natančno in ponovljivo doziranje energije. Kondenzatorski sistemi omogočajo zelo kratke in intenzivne tokovne impulze. Primerni so za aplikacije, pri katerih je treba energijo dovesti zelo hitro in omejiti širjenje toplote v okolico spoja. Inverterski oziroma srednjefrekvenčni sistemi omogočajo bolj prilagodljivo oblikovanje toka ter natančnejšo regulacijo procesa. Pri zahtevnejših aplikacijah je mogoče uporabiti več tokovnih stopenj, predgretje, glavni varilni impulz in naknadno segrevanje. Pomembno je, da se vir ne izbira samo glede na največji tok, temveč tudi glede na hitrost regulacije, ponovljivost impulza, možnost merjenja procesnih veličin ter odziv na spremembe električne upornosti med varjenjem.
Pri mikrovarjenju je geometrija elektrode pogosto enako pomembna kot električni parametri. Oblika kontaktne površine določa gostoto toka, koncentracijo sile in velikost območja, kjer nastaja toplota. Že manjša sprememba premera ali oblike konice lahko spremeni način nastanka spoja. Elektrode morajo imeti dobro električno in toplotno prevodnost, ustrezno mehansko trdnost ter odpornost proti obrabi in oprijemanju materiala. Izbira materiala elektrode je odvisna od vrste varjencev. Pri nekaterih aplikacijah se uporabljajo bakrove zlitine, pri drugih volfram, molibden ali kombinirani elektrodni materiali. Pomembna je tudi natančnost vodenja elektrod. Nepravilna poravnava lahko povzroči neenakomerno porazdelitev sile, zdrs komponente, poškodbo površine ali nesimetričen zvar. Konstrukcija držala, togost stroja in ponovljivost pozicioniranja zato neposredno vplivajo na kakovost procesa.
Pri mikrovarjenju mora biti sila elektrod dovolj velika, da zagotovi stabilen električni kontakt in zadrži varjenca v pravilnem položaju. Premajhna sila lahko povzroči iskrenje, lokalno pregrevanje, brizganje materiala ali neenakomeren spoj. Prevelika sila pa lahko zmanjša kontaktno upornost, deformira občutljive komponente ali iztisne segreti material iz območja spoja. Pomemben ni samo končni nivo sile, temveč tudi hitrost njenega vzpostavljanja in stabilnost med celotnim ciklom. Pri zelo kratkih varilnih časih mehanski sistem ne sme nihati ali spreminjati kontaktnih pogojev. Servoelektrični pogoni lahko omogočijo natančno nastavitev sile in pomika, vendar morajo biti pravilno usklajeni z električnim delom procesa.
Pri razvoju mikrovarjenja se sistematično spreminjajo tok oziroma energija impulza, čas varjenja, sila elektrod, oblika elektrod in priprava površin. Za vsako kombinacijo je treba izdelati več vzorcev, saj posamezen uspešen zvar še ne dokazuje stabilnosti postopka. Spodnja meja procesnega območja je določena s točko, pri kateri spoj še ne dosega zahtevane trdnosti ali električne funkcionalnosti. Zgornjo mejo lahko določajo prekomerna deformacija, poškodba površine, izbrizg, prežig, oprijem elektrod ali poškodba občutljivih notranjih struktur izdelka. Cilj razvoja je čim širše procesno območje, znotraj katerega so rezultati ponovljivi. Preozko območje pomeni, da bo proces v proizvodnji občutljiv na manjša odstopanja dimenzij, površin ali položaja komponent.
Pomembna je tudi analiza načina porušitve. Zaželeno je, da do porušitve pride v osnovnem materialu ali v predvidenem območju okoli zvara, ne pa z enostavnim odstopom po kontaktni površini. Pri zahtevnih aplikacijah se izdela metalografski prerez, s katerim se preverijo velikost spoja, deformacija materiala, prisotnost razpok, por in nepopolno povezanih območij. Pri serijskem mikrovarjenju je spremljanje procesnih signalov posebej koristno, saj je mogoče odstopanja zaznati še pred porušitvenim preverjanjem izdelka. Merijo se lahko varilni tok, napetost, sila elektrod, pomik in časovni potek posameznih faz.
Referenčne krivulje dobrega zvara se primerjajo z dejanskimi cikli v proizvodnji. Odstopanja lahko opozorijo na obrabo elektrod, onesnažene površine, nepravilno vstavljeno komponento, spremembo materiala ali mehansko napako stroja.
Tak nadzor ne nadomešča vseh preizkusov kakovosti, bistveno pa izboljša sledljivost procesa in omogoča hitrejše odkrivanje napak. Prenos laboratorijsko določenih parametrov v proizvodnjo mora zato biti nadzorovan. Mikrovarilni proces je močno odvisen od dejanske konstrukcije stroja, kablov, elektrodnih držal, vpenjalnega sistema in načina pozicioniranja komponent. Parametrov zato ni mogoče vedno neposredno prenesti na drug stroj samo na podlagi enakih nastavljenih vrednosti.
Končna validacija mora biti izvedena na dejanskih komponentah, z realnimi tolerancami in v proizvodnem ritmu. Preveriti je treba tudi vpliv segrevanja elektrod, obrabe kontaktnih površin, sprememb med različnimi serijami materiala ter kakovosti pozicioniranja. Dobro zasnovan laboratorijski razvoj zmanjša tveganje za izmet, reklamacije in nestabilno proizvodnjo. Omogoča tudi pravočasno ugotovitev, ali je konstrukcija izdelka sploh primerna za mikrovarjenje ali pa je treba spremeniti geometrijo spoja, material, prevleko oziroma način vpenjanja.
V Sloveniji specializirano laboratorijsko mikro uporovno varjenje izvaja podjetje Kočevar, kjer je mogoče preveriti varljivost materialov, izdelati poskusne zvare, določiti procesne parametre, analizirati kakovost zvarov ter oceniti izvedljivost aplikacije pred zasnovo ali izbiro proizvodne opreme.
Kočevar d.o.o.
Sončna cesta 10, Ločica ob Savinji
3313 Polzela
041 639 260
info@kocevar.eu
https://www.kocevar.eu
