电阻焊授课教案(1-2-3章)2012年课件

哈尔滨工业大学(威海)材料学院主讲人张洪涛压力焊何为压力焊？压力焊方法及工艺压力焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（0.3～0.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。热源形式为：电阻热、高频热、摩擦热等。力的形式为：静压力、冲击力（锻压力）和爆炸力等。压力焊为：冷压焊、扩散焊和热压焊第一篇电阻焊1.电阻焊定义2.电阻焊的物理本质3.电阻焊的分类4.电阻焊的优缺点基本内容电阻焊定义：焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流流过焊接区所产生的电阻热加热工件，使要焊接部位达到局部熔化或高温塑性状态，通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。电阻焊的物理本质：利用金属本身电阻热和塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离，形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头。第一篇电阻焊电阻焊的分类：（a）点焊（b）凸焊（c）缝焊（d）电阻对焊（e）闪光对焊（f）缝对焊第一篇电阻焊（a）（b）（c）（d）（e）（f）2.按电流分:交流、直流、脉冲1.按接头形式和工艺特点分：点焊；缝焊；对焊。第一篇电阻焊电阻焊的优缺点：•优点：接头质量高；辅助工序少；不需要填充材料；生产效率高，易于实现自动化•缺点：无损检验困难；设备复杂，维修困难，一次性投资高悬挂式点焊机点焊机器人第一篇电阻焊第一章电阻点焊的原理第一节概述第二节点焊时的电阻及加热DN－100工频单相交流点焊机第一节概述1.电阻点焊定义2.电阻点焊特点3.电阻点焊分类4.对点焊质量的要求第一章电阻点焊的原理（概述）电阻点焊定义：焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。电阻焊点焊焊接示意图第一章电阻点焊的原理（概述）第一章电阻点焊的原理（概述）电阻点焊特点：1.靠尺寸不大的断续的熔核连接；2.在大电流、短时间的条件下焊接；3.在热和机械力联合作用下形成焊点。Ti合金（TA7）点焊熔核电阻点焊分类:1.按焊接电流波形分工频50或60Hz低频3~10Hz2.5kHz~450kHz交流高频脉冲电容储能直流冲击波第一章电阻点焊的原理（概述）2.按工艺特点分类双面单点单面双点单面单点第一章电阻点焊的原理(概述)对点焊质量的要求1）熔核直径32d5d或板厚2）焊透率)(mmd(%)A%100chA3）压痕c5~20%chd%70~30A1.熔核尺寸第一章电阻点焊的原理(概述)2）少数金属材料（如可淬硬钢等）点焊接头强度熔核尺寸熔核及热影响区组织与缺陷1）点焊接头强度熔核尺寸2.对点焊质量的要求第一章电阻点焊的原理(概述)第二节点焊时的电阻及加热点焊时的电阻点焊时的加热特点第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)点焊时的电阻ewRewRwRwRcRwewcRRRR22dttrtiQ)()(24.02VAC380第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)1.接触电阻接触电阻形成原因示意图1）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)2)影响因素：（1)表面状态a)清理方法b)存放时间c)表面粗糙度(2)压力电极压力接触电阻“滞后”效应(3)温度第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)1R2RRR等于1R与2R并联值2.焊件内部电阻1)几何特点第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)2）边缘效应与绕流现象“边缘效应”“绕流效应”电流场与电流密度分布第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)3）影响因素：（1）金属材料的热物理性质（r）（2）机械性能（金属材料压溃强度s’）（3）点焊规范参数及特征（电极压力与软硬规范）（4）焊件厚度等（）第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)3.焊接区的总电阻R：描述焊接过程电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。1）低碳钢动态电阻变化曲线第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)2）不锈钢动态电阻变化曲线第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)点焊时的加热特点1.电阻对点焊加热的影响1）接触电阻：产热5~10%作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用2）内部电阻：90~95%作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)2.电流场分布对点焊加热的影响点焊时的电场第一章电阻点焊的原理(点焊时的电阻及加热)第二章电阻点焊工艺第一节点焊过程分析第二节点焊规范参数及相关关系第三节点焊时的分流及消除措施（一）焊接循环（二）点焊接头形成过程（三）熔核的结晶过程（一）规范参数（工艺参数）（二）规范参数之间的关系（一）点焊分流的影响因素（二）分流的不良影响（三）消除和减少分流的措施（一）焊接循环1。定义：在电阻焊接过程中，完成一个焊点或焊缝所需要的全部过程或全部阶段2。点焊的基本焊接循环F,I加压通电焊接维持休止加压第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）F,I1I2I3IpFwFuF3。复杂的点焊焊接循环第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）（二）点焊接头形成过程点焊接头形成的三个阶段a)预压b)、c)通电加热d)冷却结晶1。预压阶段1）机电特点：Ｆ＞０，Ｉ=０2）作用：减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点，为以后焊接电流顺利通过创造条件；此外，在压力作用下，金属挤向间隙所引起的塑性变形，有助于在熔核四周形成密封熔核的环带(密封环)。第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）预压时，电极压力的应力分布第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）2。通电加热阶段1)机电特点：Ｆ＞０，Ｉ＞０2)作用：在热和机械力联合作用下，形成塑性环和熔核，直到熔核长到所要求尺寸.第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）点焊时焊核生长过程说明图3.冷却结晶阶段1)机电特点：Ｆ＞０，Ｉ=０2)作用：保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，冷却结晶时间很短（一般１~２周波），但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）维持阶段的作用1.保证熔核在压力状态下结晶,减少出现缩孔裂纹等组织缺陷的几率;2.避免电极与工件“打火”第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）（三）熔核的结晶过程凝固过程时间很短，黑色金属薄件小于2-3cyc，轻合金则小于1-2cyc。柱状组织、等轴组织、“柱状+等轴”组织纯金属（如镍、钼等）和结晶温度区间窄的合金（碳钢、合金钢、钛合金等），其熔核为柱状组织；铝合金等其熔核为“柱状+等轴”组织，熔核凝固组织完全是等轴组织的情况极为罕见。第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）LY12CZ薄板点焊熔核结晶过程第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）LY12CZ薄板点焊熔核结晶过程第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）LY12CZ薄板点焊熔核结晶过程第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）LY12CZ薄板点焊熔核结晶过程第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）LY12CZ薄板点焊熔核结晶过程优质接头的熔核具有缩松缺陷的熔核第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）熔核横断面SEM像第二章电阻点焊工艺（点焊过程分析）第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）第二节点焊规范参数及相关关系（一）规范参数（工艺参数）1。焊接电流AB段BC段第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）注意：焊件越厚，BC段越陡峭，焊接电流的变化对焊点拉剪载荷的影响越敏感。第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）2。焊接时间第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）3。电极压力接头承载能力与电极压力的关系第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）（二）规范参数之间的关系1.焊接电流和焊接时间的适当配合硬规范软规范第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）2.焊接电流和电极压力的适当配合RWMA、MILspec、BWMA等制定依据第二章电阻点焊工艺（点焊规范参数及相关关系）RWMA焊接规范（三）点焊时的分流及消除措施第二章电阻点焊工艺（点焊时的分流）点焊分流的影响因素焊点距的影响焊件表面状态的影响焊接顺序的影响电极(或二次回路)与工件的非焊接区相接触单面点焊工艺特点的影响分流的不良影响•使焊点强度降低•单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅第二章电阻点焊工艺（点焊时的分流）消除和减少分流的措施•选择合理的焊点距•严格清理被焊工件表面•注意结构设计的合理性•连续点焊时，可适当提高焊接电流。•单面多点焊时，采用调幅焊接电流波形第二章电阻点焊工艺（点焊时的分流）第三章常用金属材料的点焊基本内容：判断电阻点焊焊接性的主要标志低碳钢的点焊可淬硬钢的点焊镀层钢板的点焊铝及铝合金的点焊钛合金的点焊高温合金的点焊判断电阻点焊焊接性的主要标志•材料的导电性和导热性•材料的高温塑性及塑性温度范围•材料对焊接热循环的敏感性•熔点高、线膨胀系数大、硬度高的材料，焊接性差。第三章常用金属材料的点焊低碳钢的点焊•这类钢的点焊焊接性良好，焊接参数范围宽。在常用厚度范围内(0.5—3.0mm)一般无需特殊措施，采用单相工频交流电源，简单焊接循环即可获得满意结果。第三章常用金属材料的点焊(低碳钢)低碳钢的焊接技术要点•冷轧板焊前无需清理，热轧板需清除表面氧化层、锈蚀。•建议采用硬的焊接参数•选用中等电导率、中等强度的Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。•采用调幅电流(渐升)或加预热电流的措施来减少飞溅。•板厚超过3mm时，采用多脉冲焊接电流。第三章常用金属材料的点焊(低碳钢)可淬硬钢的点焊•这类钢的碳当量大于0.3%，淬硬性很强，一般在调质状态下应用，有中碳钢(如45，50等)，但大多数为合金钢(如30CrMnSiA，2Crl3)等。•熔核和邻近熔核的热影响区将产生马氏体组织，硬度高；离熔核较远处则因加热至超过回火温度而软化、硬度下降、强度亦低(如在调质状态下点焊)。•可淬硬钢点焊时易发生前期飞溅，厚板点焊时会产生裂纹和疏松等缺陷。第三章常用金属材料的点焊(可淬硬钢钢)第三章常用金属材料的点焊(可淬硬钢)可淬硬钢点焊时接头缺陷可淬硬钢焊接技术要点•为防止缩松、裂纹等缺陷产生，尤其当板厚大于3mm时，建议采用增大顶锻力的加压方式，顶锻力约为电极压力的2-2.5倍。加顶锻力时间应精确控制。•这类钢的热物理性能接近低碳钢，高温强度适中一般采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。第三章常用金属材料的点焊(可淬硬钢)镀层钢板的点焊•镀层钢板点焊的难点在于：①镀层金属熔点低，需增大电流。②镀层金属与电极发生反应，加速电极损坏③产生结晶裂纹第三章常用金属材料的点焊(镀锌钢板)第三章常用金属材料的点焊(镀锌钢板)第三章常用金属材料的点焊(镀锌钢板)镀层钢板焊接技术要点•电流应增大30%-50%，电极压力则增大20%—30%•采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。•由于电极粘污严重，是产生质量问题的主要原因，故在结构允许条件下改用凸焊是解决电极粘污的最佳方案。•锌、铅等元素的金属蒸气和氧化物尘埃对人体有毒，需加强通风。第三章常用金属材料的点焊(镀锌钢板)铝及铝合金的点焊•铝及铝合金的电阻率低、热导率高，通电时间不宜过长。•铝及铝合金在空气中很快生成致密的氧化膜，必须在焊前很好清理，清理以化学法为佳．清理后应在短期内完成焊接以免再次氧化。•与纯铝相比，铝合金的塑性变形温度区窄，线膨胀率大，伸长率小，因此须精确控制焊接参数才能避免裂纹和缩孔。第三章常用金属材料的点焊(铝及铝合金)铝及铝合金焊接技术要点•铝及铝合金焊前必须严格清理表面•采用硬的焊接参数•用电阻率低的Cd-Cu合金球面电极•厚板点焊建议采用变压式加压工艺(加顶锻力)。第三章常用金属材料的点焊(铝及铝合金)钛合金的点焊•钛合金具有比奥氏体不锈钢更高的电阻率和更小的热导率，可采用较小容量的焊机焊接。•点焊时熔化金属处于塑性壳内与