جوشکاری زائده ای یا پروجکشن (PW) چیست و چگونه انجام می شود؟

جوشکاری زائده ای یکی از روش های مهم اتصال فلزات در گروه جوشکاری مقاومتی است که در آن جریان الکتریکی و فشار روی برجستگی های از پیش ایجاد شده در سطح قطعه متمرکز می شوند. این تمرکز باعث تولید حرارت در ناحیه کوچکی از اتصال شده و امکان تشکیل یک یا چند نقطه جوش را در زمان کوتاه فراهم می کند. در پروژه های صنعتی که تعداد بالایی اتصال تکراری وجود دارد، این روش به دلیل سرعت مناسب، قابلیت اتوماسیون و مصرف نکردن فلز پرکننده مورد توجه است. هزینه مواد اولیه و شرایط بازار نیز بر اقتصاد فرایند اثر دارند و بررسی قیمت آهن در کنار هزینه تجهیزات و انرژی می تواند برای برآورد تولید مفید باشد. جوشکاری زائده ای معمولا برای اتصال مهره، پیچ، سیم های متقاطع و قطعات ورقی به کار می رود.

در میان انواع جوشکاری، روش پروجکشن با جوش نقطه ای شباهت دارد، اما محل ایجاد جوش در آن به وسیله زائده یا برجستگی هندسی مشخص می شود. این ویژگی باعث می شود جریان و فشار دقیقا در نقاط مورد نظر متمرکز شوند و در بعضی کاربردها چند اتصال به صورت همزمان ایجاد شود. AWS فرایند PW را روشی از خانواده جوش مقاومتی معرفی می کند که جوش ها در نقاط از پیش تعیین شده توسط برجستگی ها، برآمدگی ها یا تقاطع قطعات تشکیل می شوند. TWI نیز تمرکز جریان، نیرو و زمان جوش روی زائده ها را ویژگی اصلی این فرایند می داند. بنابراین برای پاسخ دقیق به این پرسش که جوشکاری زائده ای چیست، باید آن را روشی سریع و قابل کنترل برای ایجاد اتصال موضعی دانست که بدون نیاز به سیم جوش، از مقاومت الکتریکی قطعات برای تولید حرارت استفاده می کند.

جوشکاری زائده ای یا Projection Welding چیست؟

جوشکاری زائده ای یا Projection Welding یک فرایند جوشکاری مقاومتی است که در آن یک یا چند برجستگی روی یکی از قطعات، محل عبور متمرکز جریان و تشکیل جوش را تعیین می کنند. قطعات میان الکترودهای دستگاه قرار می گیرند و پس از اعمال نیرو، جریان الکتریکی با شدت بالا از ناحیه تماس عبور می کند. مقاومت الکتریکی در محل برجستگی باعث ایجاد حرارت می شود و با نرم یا ذوب شدن موضعی فلز، زائده زیر فشار فرو می نشیند و هسته جوش شکل می گیرد. در جوشکاری مقاومتی، نیروی الکترود پیش از عبور جریان اعمال می شود و در حین و مدتی پس از آن نیز حفظ می شود تا اتصال هنگام انجماد پایدار بماند. این سازوکار امکان ایجاد جوش های تکرارپذیر و کنترل شده را در خطوط تولید فراهم می کند.

تفاوت مهم جوشکاری پروجکشن با روش هایی مانند جوشکاری لب به لب در محل تمرکز حرارت و شکل تماس قطعات است. در جوش لب به لب مقاومتی، سطوح انتهایی قطعات با مقطع مشابه در برابر یکدیگر قرار می گیرند و اتصال در سطح تماس ایجاد می شود؛ اما در جوشکاری پروجکشن، هندسه برجستگی تعیین می کند انرژی دقیقا در کدام نقطه یا نقاط متمرکز شود. زائده ممکن است با پرس کاری روی ورق ایجاد شود یا روی قطعات جامد مانند مهره، پیچ و بوش به صورت ماشین کاری یا شکل دهی ساخته شود. یکنواختی ارتفاع و شکل این برجستگی ها برای ثابت ماندن کیفیت جوش اهمیت زیادی دارد، زیرا هر تفاوت در سطح تماس می تواند توزیع جریان و فشار را تغییر دهد. به همین دلیل طراحی زائده، تنظیم نیروی الکترود و انتخاب جریان و زمان مناسب از پارامترهای اصلی این روش هستند.

جوشکاری پروجکشن چگونه کار می کند؟

جوشکاری پروجکشن با قرار گرفتن دو قطعه در موقعیت مشخص میان الکترودهای مسی دستگاه آغاز می شود. پیش از شروع جریان، الکترودها نیروی معینی به قطعات وارد می کنند تا تماس مکانیکی پایدار ایجاد شود. به دلیل وجود برجستگی روی یکی از سطوح، مساحت واقعی تماس کوچک است؛ بنابراین جریان عبوری در همان ناحیه متراکم شده و مقاومت الکتریکی محل تماس، حرارت زیادی تولید می کند. با افزایش دما، فلز در اطراف زائده نرم یا به صورت موضعی ذوب می شود و برجستگی به تدریج زیر فشار الکترود فرو می نشیند. این تمرکز کنترل شده انرژی همان عاملی است که جوشکاری PW را برای تولید اتصال های موضعی و تکراری مناسب می کند.

در مرحله بعد، فشار همچنان حفظ می شود تا فلز گرم شده میان دو قطعه شکل گرفته و هسته جوش ایجاد شود. پس از قطع جریان، نگه داشتن فشار برای مدت کوتاهی به انجماد و تثبیت اتصال کمک می کند. در جوشکاری صنعتی، پارامترهایی مانند شدت جریان، زمان عبور جریان، نیروی الکترود، جنس و ضخامت قطعات و ابعاد زائده باید هماهنگ انتخاب شوند؛ زیرا کمبود انرژی می تواند جوش ناقص ایجاد کند و انرژی یا فشار نامناسب نیز ممکن است باعث پاشش مذاب، تغییر شکل قطعه یا فروریختن زودهنگام زائده شود. در برخی قطعات می توان چند زائده را به صورت همزمان جوش داد، مشروط بر اینکه توزیع جریان و فشار میان آن ها یکنواخت باشد. به همین دلیل کیفیت طراحی زائده و صلب بودن مجموعه الکترود و فیکسچر نقش مهمی در تکرارپذیری اتصال دارند.

مراحل انجام جوشکاری زائده ای چگونه است؟

مراحل انجام جوشکاری زائده ای با آماده سازی دقیق قطعات آغاز می شود و تا تثبیت و کنترل اتصال ادامه پیدا می کند. در این روش، کیفیت نهایی جوش تنها به شدت جریان وابسته نیست، بلکه شکل زائده، نیروی الکترود، زمان عبور جریان، وضعیت سطح قطعات و نحوه خنک شدن نیز باید هماهنگ باشند. ابتدا قطعات تمیز و در موقعیت صحیح قرار می گیرند تا برجستگی ها دقیقا در محل مورد نظر تماس داشته باشند. سپس الکترودهای دستگاه قطعات را تحت فشار قرار می دهند و پس از رسیدن به نیروی تعیین شده، جریان الکتریکی از محل تماس عبور می کند. تمرکز مقاومت الکتریکی در زائده باعث افزایش سریع دما و نرم یا ذوب شدن موضعی فلز می شود.

با ادامه فشار، زائده فرو می نشیند و هسته جوش میان دو قطعه تشکیل می شود. پس از قطع جریان، فشار برای مدت کوتاهی حفظ می شود تا فلز مذاب منجمد شده و اتصال پایدار شود. در پایان، قطعات از دستگاه خارج و کیفیت جوش از نظر ظاهر، ابعاد، استحکام و وجود عیوب احتمالی بررسی می شود. در جوشکاری مقاومتی زائده ای تنظیم صحیح زمان فشار اولیه، زمان عبور جریان و زمان نگهداری پس از جوش اهمیت زیادی دارد. اگر یکی از این مراحل به درستی کنترل نشود، احتمال ایجاد جوش ناقص، پاشش مذاب، تغییر شکل بیش از حد یا کاهش استحکام اتصال افزایش پیدا می کند. به همین دلیل مراحل جوشکاری PW معمولا بر اساس جنس، ضخامت و هندسه قطعات تنظیم می شوند.

آماده سازی و قرار دادن قطعات

آماده سازی و قرار دادن قطعات نخستین مرحله عملی در جوشکاری زائده ای است و تاثیر مستقیمی بر یکنواختی اتصال دارد. سطح قطعات باید تا حد امکان از روغن، زنگ زدگی، پوسته اکسیدی و آلودگی هایی که مقاومت تماس را به شکل نامنظم تغییر می دهند پاک شود. سپس قطعه دارای زائده و قطعه مقابل در فیکسچر قرار می گیرند تا برجستگی دقیقا در محل طراحی شده قرار داشته باشد. کاربرد فیکسچر در این مرحله، جلوگیری از جابه جایی قطعات و ثابت نگه داشتن موقعیت آن ها هنگام اعمال نیرو است.

پس از تنظیم موقعیت، الکترودهای دستگاه روی قطعات قرار می گیرند و فشار اولیه اعمال می شود. این فشار باید به اندازه ای باشد که تماس پایدار ایجاد کند، اما نباید پیش از عبور جریان باعث له شدن زائده شود. در قطعاتی مانند مهره جوشی، پیچ یا اتصالات ورقی، هم راستایی صحیح اهمیت زیادی دارد؛ زیرا کوچک ترین انحراف می تواند توزیع جریان میان زائده ها را بر هم بزند و استحکام اتصال را کاهش دهد.

ایجاد جریان الکتریکی و تولید حرارت

پس از قرارگیری صحیح قطعات و اعمال فشار اولیه، جریان الکتریکی از الکترودها و محل تماس عبور می کند. وظیفه این مرحله ایجاد حرارت موضعی کافی برای تشکیل جوش است. چون سطح تماس در ناحیه زائده کوچک است، چگالی جریان و مقاومت الکتریکی در همان محل بالا می رود و گرمای لازم بر اساس اثر ژول تولید می شود. کاربرد جریان کنترل شده این است که فلز در محل اتصال نرم یا به صورت محدود ذوب شود، بدون اینکه بخش بزرگی از قطعه تحت تاثیر حرارتی قرار گیرد.

شدت جریان و مدت عبور آن باید با جنس فلز، ضخامت قطعات و ابعاد زائده هماهنگ باشد. جریان کمتر از حد لازم می تواند اتصال ضعیف یا ناقص ایجاد کند، در حالی که جریان بیش از اندازه احتمال پاشش مذاب، فرورفتگی یا آسیب سطحی را افزایش می دهد. در جوشکاری پروجکشن دستگاه معمولا زمان و مقدار جریان را با کنترلر تنظیم می کند تا انرژی در هر سیکل تکرارپذیر باشد و کیفیت اتصال در تولید انبوه ثابت بماند.

اعمال فشار و تشکیل نقطه جوش

همزمان با تولید حرارت، الکترودها فشار مشخصی را روی قطعات حفظ می کنند تا فلز گرم شده در ناحیه تماس به شکل مناسب به یکدیگر متصل شود. با افزایش دما، زائده به تدریج نرم شده و زیر نیروی الکترود فرو می نشیند. کاربرد این فشار، حفظ تماس الکتریکی، محدود کردن حرکت قطعات و کمک به شکل گیری هسته جوش متراکم است. در پایان زمان عبور جریان، بخش گرم شده میان دو قطعه به یک ناحیه اتصال مشترک تبدیل می شود.

مقدار فشار باید متناسب با هندسه زائده و خواص فلز انتخاب شود. فشار کم می تواند موجب تماس ناپایدار، قوس یا پاشش شود و فشار بیش از حد ممکن است زائده را پیش از تولید حرارت کافی تخت کند. در جوشکاری PW هماهنگی فشار و جریان اهمیت زیادی دارد، زیرا هسته جوش باید در محل طراحی شده و با اندازه مناسب تشکیل شود. در قطعات چند زائده ای نیز توزیع یکنواخت فشار ضروری است تا تمام نقاط تقریبا شرایط مشابهی برای تشکیل جوش داشته باشند.

خنک شدن و بررسی کیفیت اتصال

پس از قطع جریان الکتریکی، مرحله خنک شدن آغاز می شود، اما فشار الکترودها بلافاصله برداشته نمی شود. نیروی نگهدارنده برای مدت کوتاهی باقی می ماند تا فلز گرم یا مذاب در محل اتصال منجمد شده و هسته جوش استحکام اولیه خود را به دست آورد. کاربرد این زمان نگهداری، جلوگیری از باز شدن اتصال، ایجاد حفره یا تغییر شکل ناحیه جوش هنگام انجماد است. پس از رسیدن اتصال به پایداری کافی، الکترودها باز شده و قطعه از فیکسچر خارج می شود.

کیفیت اتصال می تواند با بازرسی ظاهری، اندازه گیری ابعاد، آزمون کشش یا برش و در کاربردهای حساس با روش های تکمیلی بررسی شود. وجود پاشش، سوختگی سطح، فرورفتگی زیاد، عدم تقارن یا جدا شدن زائده از نشانه های تنظیم نامناسب پارامترها است. در تولید انبوه، کنترل جریان، نیرو و زمان هر سیکل نیز به تشخیص تغییرات فرآیند کمک می کند. بررسی منظم سطح الکترودها اهمیت دارد، زیرا سایش یا آلودگی آن ها می تواند توزیع فشار و جریان را تغییر داده و کیفیت جوشکاری زائده ای را کاهش دهد.

کاربرد جوشکاری زائده ای در صنایع مختلف

جوشکاری زائده ای به دلیل سرعت بالا، تکرارپذیری مناسب و امکان ایجاد چند اتصال در یک سیکل، در صنایع مختلف کاربرد دارد. یکی از مهم ترین موارد استفاده آن در صنعت خودروسازی است؛ جایی که قطعاتی مانند مهره های جوشی، پیچ ها، براکت ها و اجزای ورقی باید با دقت و سرعت بالا به یکدیگر متصل شوند. در این شرایط، جوشکاری پروجکشن امکان ایجاد اتصال موضعی با کیفیت یکنواخت را فراهم می کند و به همین دلیل برای خطوط تولید انبوه مناسب است. علاوه بر خودروسازی، این روش در ساخت لوازم خانگی، تجهیزات الکتریکی، قطعات فلزی، توری های سیمی و برخی مجموعه های صنعتی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

در صنایع تولید تجهیزات فلزی، استفاده از جوشکاری زائده ای زمانی اهمیت بیشتری پیدا می کند که اتصال های تکراری با موقعیت مشخص مورد نیاز باشد. برای مثال، در ساخت شبکه های سیمی می توان نقاط تقاطع سیم ها را با این روش متصل کرد. همچنین در تولید قطعاتی که ظاهر سطح اهمیت دارد، کنترل مناسب پارامترها می تواند باعث کاهش آثار حرارتی و تغییر شکل شود. از آنجا که جوشکاری مقاومتی زائده ای معمولا به فلز پرکننده نیاز ندارد، فرآیند تولید ساده تر و سریع تر می شود. به طور کلی، کاربرد این روش بیشتر در محیط هایی دیده می شود که تیراژ بالا، دقت موقعیت اتصال و امکان اتوماسیون اهمیت دارند.

چه فلزاتی با جوشکاری زائده ای قابل اتصال هستند؟

جوشکاری زائده ای بیشتر برای فلزاتی مناسب است که هدایت الکتریکی، مقاومت الکتریکی و رفتار حرارتی آن ها امکان تولید حرارت کنترل شده در محل اتصال را فراهم کند. فولادهای کم کربن از رایج ترین مواد مورد استفاده در این روش هستند، زیرا رفتار مناسبی در جوشکاری مقاومتی دارند و می توان با تنظیم صحیح جریان و فشار، اتصال های یکنواختی روی آن ها ایجاد کرد. بسیاری از قطعات فولادی مورد استفاده در خودروسازی، لوازم خانگی و تجهیزات صنعتی با روش Projection Welding به یکدیگر متصل می شوند.

علاوه بر فولاد کم کربن، برخی فولادهای زنگ نزن و فولادهای آلیاژی نیز با تنظیم مناسب پارامترها قابلیت جوشکاری دارند. اتصال فولادهای پوشش دار مانند ورق گالوانیزه نیز امکان پذیر است، اما پوشش سطح می تواند مقاومت الکتریکی و عمر الکترود را تحت تاثیر قرار دهد و بنابراین تنظیمات دستگاه باید متناسب با آن انجام شود. برخی آلیاژهای نیکل نیز در کاربردهای تخصصی قابل اتصال هستند.

در مقابل، جوشکاری پروجکشن آلومینیوم و مس دشوارتر است، زیرا هدایت الکتریکی و حرارتی بالای این فلزات باعث پخش سریع حرارت می شود. اجرای اتصال روی چنین موادی معمولا به جریان های بالا، تجهیزات مناسب و کنترل دقیق نیاز دارد. بنابراین قابلیت استفاده از جوشکاری PW تنها به نام فلز بستگی ندارد و ضخامت، پوشش سطح، هندسه زائده و توان دستگاه نیز در انتخاب فرآیند اهمیت دارند.

مزایا و معایب جوشکاری زائده ای چیست؟

جوشکاری زائده ای به دلیل تمرکز جریان در نقاط مشخص، امکان ایجاد اتصال های سریع و قابل تکرار را فراهم می کند. یکی از مزیت های مهم این روش، امکان ایجاد چند نقطه جوش در یک سیکل است؛ البته به شرطی که دستگاه بتواند فشار و جریان را میان زائده ها به طور یکنواخت توزیع کند. این ویژگی در تولید انبوه باعث افزایش سرعت و کاهش زمان مونتاژ می شود. نیاز نداشتن به سیم جوش یا فلز پرکننده، قابلیت اتوماسیون و امکان اتصال قطعاتی مانند مهره و پیچ به ورق از دیگر مزایای جوشکاری پروجکشن هستند. همچنین تمرکز حرارت در ناحیه کوچک می تواند محدوده متاثر از حرارت را محدود کند.

در مقابل، این روش به طراحی دقیق زائده و کنترل مناسب پارامترهای فرآیند نیاز دارد. اگر ارتفاع یا شکل برجستگی ها یکنواخت نباشد، توزیع جریان و فشار تغییر می کند و ممکن است بعضی نقاط جوش ضعیف تر از سایر نقاط تشکیل شوند. هزینه اولیه دستگاه، فیکسچر و الکترود نیز برای برخی کارگاه های کوچک می تواند بالا باشد.

از دیگر محدودیت ها می توان به حساسیت فرآیند به وضعیت سطح قطعه، سایش الکترود و تنظیم نامناسب جریان اشاره کرد. جریان بیش از حد ممکن است باعث پاشش و تغییر شکل شود و انرژی ناکافی نیز اتصال ناقص ایجاد می کند. بنابراین مزایای جوشکاری زائده ای زمانی به طور کامل حاصل می شوند که طراحی قطعه، تجهیزات و پارامترهای جوش به درستی انتخاب شده باشند.

جوشکاری زائده ای یکی از روش های کاربردی جوشکاری مقاومتی است که با تمرکز جریان و فشار در برجستگی های مشخص، اتصال موضعی و قابل کنترل ایجاد می کند. این روش به ویژه در تولید انبوه قطعاتی مانند مهره های جوشی، پیچ ها، قطعات ورقی و شبکه های سیمی کاربرد دارد و به دلیل سرعت بالا، قابلیت اتوماسیون و نیاز نداشتن به فلز پرکننده مورد توجه صنایع مختلف است.

کیفیت جوشکاری پروجکشن به عواملی مانند طراحی زائده، شدت جریان، زمان عبور جریان، نیروی الکترود و وضعیت سطح قطعات وابسته است. انتخاب صحیح این پارامترها می تواند استحکام و تکرارپذیری اتصال را افزایش دهد. در مقابل، تنظیم نامناسب دستگاه یا یکنواخت نبودن زائده ها احتمال ایجاد جوش ناقص، پاشش یا تغییر شکل را بیشتر می کند. بنابراین استفاده موفق از جوشکاری PW نیازمند هماهنگی مناسب میان طراحی قطعه، تجهیزات و شرایط فرآیند است.

سوالات متداول