电阻焊技术及应用讲义

一、电阻焊的发展历史与应用现状二、电阻焊点焊技术三、凸焊与对焊技术四、电阻焊常见故障与焊接检验一、电阻焊的发展历史与应用现状众所周知英国的物理学者焦耳在1840年发现了导体电阻产生热量的现象，也就是焦耳法则。电阻焊接起始于焦耳在1856年将电阻发热的两根导体压着在一起，结果制作出了接合部分。1885年美国的发明家汤姆森解决了电源问题，制作出了首种电阻焊焊机——对焊机。Q=I2Rt1897年美国的洛宾森发明了在一块板材上制造突起部位后进行通电加压的凸焊。在1900年左右哈马特发明了点焊法，，但是由于和以对焊机的专利获得者汤姆森之间发生的争论，直到1924年才有了结论，因此点焊的实际开始使用也是从那时开始的。在二次世界大战中，由于战斗机的轻型化以及大批量生产的需要，开始采用铝合金，并进行了精密的点焊。战后电阻焊接技术得到突飞猛进式的发展，不仅仅在汽车行业，在铁路机车、家用电器等众多的工业领域中也得到广泛应用，随着机器人等的普及其自动化也得到了发展。现在已经出现了和机器人一体化的点焊机。各种薄板构件的生产轿车外壳拼装，仪表柜、钢家俱的生产；油桶、油箱、化工原料盛器、食品罐等；电阻点焊在汽车白车身焊装中占据主导地位一辆轿车的白车身上焊点数：3000~5000个各种形状相同截面对接或环状零件的生产建筑钢筋的接长、铁路钢轨的接长、刃具的异种钢毛坯对接；钢窗框架、自行车轮圈、汽车轮圈、锚链等的生产。二、电阻焊的原理、分类及特点（1）电阻焊的原理电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加工到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法.电阻热——电阻焊的热源：Q=I2Rt（2）影响电阻焊焊接的因素电阻R=RW+RC焊件本身电阻RW:RW=ρL/s其中ρ是一个重要参数且会随温度的升高而增大。接触电阻RC:工件表面生成的氧化薄层引起的电阻（表面电阻）与由于电流的流通截面引起的电（集中电阻）。上电极下电极R1R2R3R5R4R1、R5电极与工件之间的电阻R3上下工件电阻R2、R4材料自身电阻那么，接触电阻是指：R1、R3、R5。电流密度电流密度是指单位横截面中的电流值。如果电流密度保持稳定，其直接影响焊核的形成。当多次焊接后，截面增大，电流密度减小时，容易产生虚焊或无法焊接。焊接电流（密度）对产热的影响比电阻和时间两者都大，在焊接过程中是一个必须严格控制的参数。截面增大焊核变小电极压力电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流，以弥补电阻减小的影响，保持焊接强度不变。电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。通电时间为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限,使用时以此为准。电极材料及端面形状电极是保证阻焊质量的重要零件，它应具备向工件传导焊接电流、压力、散热等功能。电极材质应具有足够高的电导率、热导率和高温硬度。电极的结构必须有足够的强度、刚度以及充分冷却的条件。由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低，对电极头的维护尤为重要。工件表面工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。因此彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。小结：电阻焊核心三要素（3）电阻焊的分类按焊接接头形式分为①点焊②凸焊③缝焊④对焊双面点焊单面单点焊大直径大接触面不形成焊点单面双点焊铜垫双面双点焊++——Q=Q1+Q2+Q3+Q4•Q:焊区总热量•Q1:熔化金属形成熔核的热量•Q2:通过电极热传导损失的热量•Q3:通过焊件热传导损失的热量•Q4:通过对流辐射散失到空气中的热量1）热平衡：热量小部分（10~30%）有用，大部分散失，其中主要通过电极的热传导而散失。2）温度分布：点（对）焊——中心高，四周低缝焊——由于焊点间相互影响，温度分布比点焊的平坦，且前后不对称。温度分布曲线越平坦，接头越宽，工件表面越容易过热，电极越容易磨损。（4）热平衡及温度分布（5）电阻焊形成的几个阶段预压阶段：通电之前向焊接件加压，建立良好的接触与导电通路，保持电阻稳定。焊接时间：向焊件通电加热形成熔核。维持时间：切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。冷却结晶阶段：当熔核达到合格的形状与尺寸之后，切断焊接电流，熔核在电极力作用下冷却。（6）电阻焊的特点优点1）生产效率高，无噪声和有害气体（闪光对焊有火花要隔离），适合大量生产2）加热时间短，热量集中，焊接质量好3）无填充材料和保护气体，低成本、节省材料4）劳动条件较好5）易于自动化，操作简单缺点，1）焊接过程进行的很快。若焊接时由于某些工艺因素发生波动，对焊接质量的稳定性有影响时往往来不及进行调整。2）设备比较复杂，对维修人员技术要求较高。3）焊接的厚度，形状和接头形式受到一定程度的限制。4）缺少简便、实用的无损检测手段。二、电阻焊点焊技术1.点焊定义（spotwelding）点焊是将焊件搭接并压紧在两个柱状电极之间，然后接通电流，焊件间接触面的电阻热使该点熔化形成熔核，同时熔核周围的金属也被加热产生塑性变形，形成一个塑性环，以防止周围气体对熔核的侵入和熔化金属的流失。断电后，在压力下凝固结晶，形成一个组织致密的焊点。2.点焊的分类形式点焊按电极反馈方向分为双面点焊、单面点焊、单点焊、多点焊。（1）双面点焊直接点焊三板点焊单点点焊双面双点焊带平衡器的双面点焊（2）单面点焊间接点焊a)使用高导电性底板的双点焊b)多点焊c)单面单点焊3.点焊的接头设计点焊是一种高速，经济的连接方法。点焊时工件只在有限的接触面上，所谓“点”上被焊接起来，并形成扁球形的熔核。接头形式：搭接折边接头设计时应注意考虑：点距、边距、搭接量、分流、装配间隙等。4.点焊技术的应用范围点焊是一种高速、经济的连接方法。它适用于制造可以采用搭接接头、不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。可焊接不锈钢、钛合金和铝镁合金等，目前广泛应用于汽车、飞机等制造业。点焊有时也用于连接厚度≧6mm的金属板，但与熔焊的对接相比较，点焊的承载能力低，搭接接头增加了构件的重量和成本，且需要昂贵的特殊焊机，因而是不经济的。5.点焊的焊接热循环点焊焊接循环过程是指完成一个焊点所包括的全部过程参数变化程序。基本点焊焊接循环过程包括：预压、焊接、维持和休止四个基本程序阶段，根据焊件材质及焊接结构要求在焊接循环中还可以增加预热、回火、锻压等过程，构成复杂的焊接循环。加压焊接休止维持6.点焊的电阻分布•REL―电极电阻RB―工件电阻•REB―工件与电极接触电阻•RBB―工件与工件接触电阻7.点焊的焊接工艺强规范（大电流，短时间）弱规范（小电流，长时间）主要工艺参数有：1）焊接电流；2）焊接时间；3）电极压力；4）电极端部特征通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取。首先确定电极的端面形状和尺寸，其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样。经检验熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力、焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。试样选择工艺参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。碳钢电阻点焊参数（t为板厚）几种材料的点焊工艺参数8.点焊的电极1)电极的主要功能：①向工件传导电流；②向工件传递压力；③迅速导散焊接区的热量。2）选用原则：①焊接大电阻工件，选用小电阻材料电极例如：铬铜合金、铬铝合金等②焊接小电阻工件，选用大电阻材料电极例如：钼、钨、钼铜、钨铜等上电极下电极加压夹紧工件电流流通3）电极结构由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系看热量的产生和散失，因而电极的形状和材料对熔核的形成有显著的影响，随着电极端头的变形和磨损。接触面积将增大，焊点强度将降低。端部主体尾部冷却水孔锥形电极加头电极球面电极偏心电极平面电极为了满足特殊工件点焊的要求，需要特殊电极水槽A普通弯电极B有水槽电极C增大断截面电极D帽状电极E杆状电极4）电极材料材料：要求导电好、导热好、高温强、硬度高、耐磨性好，形成合金倾向小。工件材料选用电极材料不锈钢铬铜合金软钢铬铜合金镍铬铜合金黄铜铬铜合金铜钼、钨、钼铜合金、钨通合金铝钼、钨银钨铜合金焊接工件与电极材料电极材料用途，特点电极名导电率用途及特点铜（Cu）97不太适用，使用于F型电极。铬铜（CrCu）75-80一般使用于钢板、不锈钢板的焊接用电极。镍铍铜（Ni-Be-Cu）55适用于铁板、不锈钢板、镍等的焊接用电极。铍铜（BeCu）50适用于不锈钢板的焊接用电极。随温度的上升，导电率也随之上升。钨（W）29适用于铜基金属的交叉金属线焊接。钨银（AgW）40-45硬度高、磨耗小。导电率比钨好。钨铜（CuW）30-35硬度高、磨耗小。导电率比钨好。超质铝铜80强度高、耐热性好，不易粘着和出飞溅。尤其适合于有表面处理的材料，如镀锌板、镀镍板、镀铝板等。电极材料类型第一类：导电最好、强度最差，适用于要求电流密度高但高温强度差的焊件例如铝合金；第二类：导电适中、强度亦适中适用于大多数件，汽车行业均采用此类铜合金，有Cr—Cu及Cr—Zr—Cu等；第三类：导电较差，但强度（主要是高温强度）最好，适用于焊接强度及硬度较高的不锈钢、高稳合金等。9.点焊设备按用途电焊机分为通用型、专用型和特殊型。按加压机构分为脚踏式电动滚轮式气压式、液压式、复合式按电极运动轨迹：垂直行程式圆弧行程式按焊点数目：单点、多点固定式通用点焊机固定式专用多点焊机移动式点焊机轻便式点焊机三、凸焊与对焊技术1.凸焊定义（projectionwelding）凸焊是指在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一焊件表面相接触并通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。凸焊是点焊的一种变形。在一个工件上有预制的凸点，凸焊时一次可在接头处形成一个或多个熔核。板上有凸点2.凸焊特点•凸焊的优点1）在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高，而且没有分流影响。因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制；2）由于电流密度集于凸点，电流密度大，故可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核，并克服了点焊的熔核偏移现象，对应于某一板厚，要形成小于某一尺寸熔核是困难的；3）凸点位置准确、尺寸一致，各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度、凸焊焊点的尺寸可以小于点焊；4）由于采用大平面电极，且凸点设置在一个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。同时大平面电极的的电流密度小、散热好，电极的磨损要比点焊小得多，因而大大降低了电极的保养和维修费用。5）与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层对凸焊的影响较小，但干净的表面仍能获得较稳定的质量。•凸焊的缺点•1）为了预制一个或多个凸点而需要额外工序；•2）在用同一个电极同时焊数个焊点时，工件的对准和凸点的尺寸（尤其是高度）必须保持高精度公差，以保证均匀的电极力和焊接电流，才能使各焊点质量均匀一致；•3）同时焊接多个焊点，需要使用高电极压力、高机械精度的大功率焊机，其加压机构应有较高的随动性。3.凸焊应用•碳钢、合金钢•（圆