Оптимизация процесса точечной сварки

Кайдзен, или постоянное совершенствование, — это основной принцип бережливого производства. По сути, это говорит о том, что неоптимальное никогда не является приемлемым. Эту концепцию можно применить к любому основному процессу сборки, включая контактную точечную сварку.

Точечная сварка предполагает выработку тепла на границе раздела соединяемых деталей путем пропускания через детали электрического тока в течение определенного времени и давления. Инженеры получают прочный сварной шов, тщательно определяя наилучшее сочетание времени, силы и тока.

Эта технология широко используется в автомобильной, аэрокосмической промышленности, производстве бытовой техники и аккумуляторов для электромобилей. Это быстрый, экономичный и достаточно гибкий метод, который можно использовать как для соединений алюминия с алюминием, так и для соединений стали со сталью.

«Несмотря на то, что точечная сварка сопротивлением является самым быстрым способом соединения листового металла и обеспечивает наиболее прочное соединение этого типа металла, она представляет собой сложную задачу», — объясняет Том Сноу, председатель правления TJ Snow Co. «В отличие от дуговой сварки сварки оператор станка не может просто посмотреть на деталь и быть уверенным, что у нее хорошее сварное соединение. Это может выглядеть хорошо, но только при использовании надлежащего количества тепла, силы и продолжительности, а затем проверив соединение, конечный пользователь сможет убедиться, что сварной шов имеет необходимую прочность».

TJ Snow производит и ремонтирует стандартные и нестандартные аппараты для контактной точечной сварки с 1963 года. Машины SlimLine на пьедестале выпускаются в рупорном и пластинчатом исполнении и используют одну или несколько сварочных головок. Стандартные характеристики включают в себя жесткую, сверхпрочную раму, трансформатор крепежного типа и легко регулируемый межэлектродный зазор.

В прошлом году TJ Snow поставила специальную машину SlimLine одному авиационно-космическому производителю первого уровня для точечной сварки компонентов выхлопных систем реактивных двигателей. Детали изготовлены из жаростойкого сплава. Робот поднимает каждую деталь и помещает ее в горловину машины, где деталь сваривается в течение 1 секунды. После этого робот помещает сборку на конвейер.

Точечная сварка фактически переживает своего рода ренессанс. После того как точечная сварка была случайно изобретена инженером Элиху Томсоном в 1885 году, ее использование постепенно росло до конца 20 века. Тогда будущим считались такие технологии, как лазерная сварка, сварка трением с перемешиванием и усовершенствованная дуговая сварка. Однако теперь усовершенствованные средства управления машиной помогают точечной сварке вернуть себе место ведущего типа сварки за счет полной оптимизации процесса.

Точечная сварка — наиболее распространенный вид контактной сварки, используемый при сборке. Другие типы включают стыковую, выступающую, шовную, ударную и высадочную сварку. Эти методы в первую очередь различаются типом и формой электродов, придающих давление и проводящих ток.

Типичная установка для контактной точечной сварки состоит из источника питания (также известного как сварочный контроллер), трансформатора, одной или нескольких сварочных головок, положительных и отрицательных электродов и, опционально, внешнего монитора. По словам Марти Мьюборна, менеджера по продажам компании Amada Weld Tech Inc, в источнике питания используется либо технология с замкнутым, либо разомкнутым контуром.

Технологии с обратной связью включают линейный постоянный ток и высокочастотный (ВЧ) инвертор. Оба типа хорошо реагируют на изменение значений сопротивления каждые 10–250 микросекунд, тем самым сохраняя постоянным запрограммированный параметр (ток, напряжение или мощность) для более стабильных сварных швов.

Мьюборн говорит, что технологии с разомкнутым контуром существуют дольше и включают разряд конденсатора (CD) и прямую энергию (AC). Они практически не обеспечивают обратной связи и более подвержены износу электродов и проблемам с позиционированием деталей.

«Несколько лет назад трансформаторы переменного тока были очень популярны», — отмечает Дон ДеКорте, вице-президент по продукции для контактной сварки компании RoMan Manufacturing Inc. — «Но теперь, поскольку электричество намного дороже, производители испытывают большую потребность в более эффективных MFDC ( трансформаторы постоянного тока средней частоты».

По данным DeCorte, RoMan — крупнейший в мире производитель стандартных и нестандартных трансформаторов для контактных сварщиков. По его оценкам, 85 процентов всех таких сварщиков в США работают с трансформатором RoMan. Трансформатор весит от 12 килограммов до 5 тонн, в зависимости от сварочного аппарата.