PM i Punktsvetsning. Produktutveckling 3 KPP039 HT09. Lärare: Rolf Lövgren

Transkript

1 PM i Punktsvetsning Produktutveckling 3 KPP039 HT09 Lärare: Rolf Lövgren

2 Innehållsförteckning Innehållsförteckning...2 Svetsning...3 Historia...3 Medeltiden talet talet...3 Resistanssvetsning...3 Sömnsvetsning...4 Punktsvetsning...4 Delar i en punktsvets... 5 Stål... 5 Rostfritt stål... 5 Aluminium... 5 Alternativ för att sammanfoga två plåtar...6 Nitning...6 Clinching...6 TIG och MIG svetsning...6 Användningsområden...6 Bildindustrin...6 Tandläkare...6 Batterier...6 Sammanfattning...7 Fördelar...7 Nackdelar...7 Referenser...7 2

3 Svetsning Svetsning är en konstruktionsprocess för att sammanfoga material, vanligtvis metaller eller termoplaster. Detta görs genom att smälta delar av materialet, tillfoga ett utfyllnadsmaterial och låta det stelna. Till skillnad från lödning där bara utfyllnadsmaterial smälts. För att uppnå den höga temperaturen som krävs för att smälta det befintliga materialet krävs en gasflamma, en laser, en elektronstråle, friktion, en elektronisk båge, ultraljud eller högt tryck. Det finns möjlighet att svetsa under vatten och i rymden. Historia Medeltiden Det finns referenser att smider under medeltiden producerade komplexa järnföremål genom svetsa ihop flera detaljer, med hjälp av hammarslag talet Sir Humphry Davy var den första personen under talets början som producerade en svetsbåge med hjälp av ett batteri och två kold elektroder. Under senare delen av talet utvecklas gas svetsning och skärning som snabbt blev populära. Framför allt användes väte- och kolgas med syre för att framställa svetslågan talet Första världskriget ställde stora krav på svetsning och marknaden blommade. Under talet gjordes stora framsteg som gjorde automatisk svetsning möjlig. Punktsvetsning utvecklades under mitten av talet utvecklades det tekniker för att kunna svetsa under vatten. Med laserns uppfinning under talet gjordes det möjligt att automatisera svetsning. Laser svetsning visade sig vara mycket snabbt med dock dyrt. Vilket gjorde att dess acceptans av marknaden var liten. Resistanssvetsning De finns flera typer av resistanssvetsning, de två största är sömnsvetsning och punktsvetsning. Vid resistanssvetsning krävs stora mängder ström (100 till A) som leds genom materialet som sedan smälter. Strömmen leds genom materialet med hjälp av två koppar elektroder på var sin sida av materialet som även pressar ihop materialet just i den punkten. Varför elektroden består av koppar är för att koppar leder ström och värme bättre än andra typer av metaller. Metalltjockleken och antalet metallskivor är beroende på strömmen som leds genom de, men godstjocklek större än 6 millimeter eller fler än fyra skivor är svåra att svetsa ihop. 3

4 Sömnsvetsning Vid sömnsvetsning är elektroden utformad till två rullar som även matar fram materialet. Fördelen med att kunna kontinuerligt mata fram nytt material är att svetsen blir lång och likadan överallt. Det finns även möjlighet att kunna reglera strömmen. Detta ger en högre hållfastighet i svetsen och finishen blir bra. Sömnsvetsning används flitigt vid framställning av konservburkar och rör där precision är viktigt. Sömnsvetsning används för att sammanfoga två överlappande plåtbitar. Punktsvetsning Vid punktsvetsning används två avrundade koppar elektroder för att pressa och leda ström genom materialet. När strömmen leds genom alstras värme då resistansen blir högre i materialet ju längre bort från elektroden. Materialet smälter då inifrån ut. Normalt leds strömmen genom material i mellan 0.01 till 0.63 sekunder, beroende av tjockleken av godset. Elektroden sitter dock kvar längre. Koppar elektroden är vanligtvis kyld med vatten annars skulle den deformeras under trycket och värmen. Att elektroden är kyld medför att även svetspunkten kyls och ger därför en högre hållfastighet. Appliceras strömmen för snabbt, eller för mycket, vill den smälta punkten tränga sig till utsidan. Och med dess höga tryck (vanligtvis psi) kommer den att undkomma trycket från koppar elektroden och bilda en misslyckad svetspunkt med längre hållfastighet och tunnare material. Det finns tester för att verifiera ifall svetsen är lyckad eller inte. Det mest utbredda heter peel test, en tunn plastfilm limmas över flera svetsar som sedan dras av långsamt i 90 eller 180 med hjälp av en maskin. Maskinen mäter sedan hur lätt det var att dra plastfilmen, ju enklare desto sämre svetsar. Det finns även möjlighet att göra dragprov, men dessa kan bara göras i förebyggande syfte och inte i efterhand som peel test. Dragprov kräver även kalibrering vilket tar tid. Fördelarna med punktsvetsning är flera; att energi används på ett effektivt sätt, att elektroden som klämmer åt material inte deformeras, produktionsnivån är hög, att det är enkelt att automatisera och att punktsvetsning inte kräver utfyllnadsmaterial som andra svetsmetoder gör. Krävs hög hållfastighet i svetspunkten är punktsvetsning att föredra. Då punktsvetsning inte ger en kontinuerlig svetssömn är hållfastigheten betydligare mindre i hela godset än i svetspunkterna. Punktsvetsning används framförallt i bilindustrin där en bil kan bestå av flera tusen punktsvetsar. 4

5 Punktsvetsning används för att sammanfoga två eller flera plåtbitar. Till skillnad mot sömnsvetsning är verktygen mindre och lättare att jobba med vilket medför att konstruktionen kan vara mer komplex då det blir enklare att komma åt svåra ställen. Delar i en punktsvets En standard punktsvets består av följande: En strömkälla En kondensator En strömbrytare En svetstransformator En elektrod En kondensator är ett batteri som kan ladda ur sig all ström ögonblickligen. När strömbrytaren bryts töms kondensatorn innehåll till svetstransformatorn. Svetstransformatorn minskar på volten och ökar på amperen. Detta ger ett mindre slitage på de övriga elektroniska komponenterna och det blir även mindre farligt för människor i närheten. Stål Det är enkelt att punktsvetsa stål och även billigare än andra svetsmetoder. Rostfritt stål För att kunna svetsa rostfritt stål används en metod som kallas shot welding. Rostfritt stål har ett lager zink utanpå för att skydda mot rost, vilket måste smältas först. Zink har en lägre smältpunkt än stål, så ett kort och lågt strömflöde genom material löser upp zinken. Sedan tillförs mer ström för att smälta stålet och utföra svetsen. Nackdelen med att punktsvetsa rostfritt stål är att den viktiga egenskapen av vara rostfritt förloras, dock bara i svetspunkten. Aluminium Aluminium kan punktsvetsas men kräver tre gånger så mycket ström. Detta medför att en ny strömkälla och kondensatorer behöver införskaffas, vilket medför stora kostnader. 5

6 Alternativ för att sammanfoga två plåtar Nitning Vid nitning sammanfogas två plåtar med hjälp av nitnagel, blindnit eller sprängnit. Själva niten bidrar inte nämnvärt till konstruktionen, utan ser bara till att hålla plåtarna på plats. Ju starkare niten klämmer ihop plåtarna ju större friktion bildas och förbandets styrka ökar. Nitning till skillnad från punktsvetsning är svårt att automatisera. Det krävs även verktyg som oftast är trycklufsdrivna och det krävs utfyllnadsmaterial i form av nitar. Nitning användes framför allt förr i tiden i flygplan och övriga stålkonstruktioner, till exempel Eiffel tornet. Nackdelen med nitning är att niten trycker ut från material och det inte blir en fint och slät yta. Clinching Clinching är en form av nitning, dock används ingen nit. Istället trycker en form ner materialet som sedan håller ihop det. Fördel att ingen nit behöver användas, men då material deformeras starkt blir konstruktionen vek i nitpunkterna. Även vid clinching får materialet ingen fin och slät yta. TIG och MIG svetsning TIG och MIG svetsning används för att svetsa ihop hörn och inte två överlappande plåtar. Detta gör att TIG och MIG svetsning inte är ett alternativ för punktsvetsning. Användningsområden Bildindustrin Punktsvetsning används flitigt i bilindustrin för att svetsa ihop plåtbitar för att forma bilen. Till största delen utförs jobbet av automatiserade industrirobotar, på långa monteringslinjer. Automatiserade punktsvetsnings robotar är den största användning av robotar i bilindustrin, den andra gruppen är automatiserade sprutmålnings robotar. Tandläkare Här används små punktsvetsningsapparater för att bygga tandställningar. Batterier Punktsvetsning används i ändarna där små nickel plåtar sätts fast där sedan strömmen leds igenom. Används en annan typ av svetsmetod kan batteriet överhettas. 6

7 Sammanfattning Punktsvetsning är en billig och snabb svetsningsmetod som enkelt kan automatiseras. De tre största användningsområden är bilindustrin, tandställningar och olika typer av batterier. Varje enskild punktsvets håller hög hållfasthet men då svetssömnen inte är kontinuerlig medför det att hållfastheten på hela godset minskar. Fördelar Effektiv energi användning Elektroden deformeras inte Hög produktionsnivå Enkelt att automatisera Inget behov av utfyllnadsmaterial Billigt Nackdelar Aluminium kräver stora mängder ström för att kunna punktsvetsas Ingen kontinuerlig svetssömn Referenser