点凸焊焊接工艺焊接工艺

1电阻焊焊接原理电阻焊焊接原理电阻焊焊接原理电阻焊焊接原理电阻焊焊接原理：焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。一、焊接热的产出及影响因素点焊时产生的热量由下式决定：Q=I2Rt——(1)式中：Q—产生的热量（J）、I—焊接电流（A）、R—电极间电阻（欧姆）、t—焊接时间（s）1.电阻R及影响R的因素电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew——（2）当工件和电极一定时，工件的电阻工件的电阻工件的电阻工件的电阻取决与它的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。接触电阻接触电阻接触电阻接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成：1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。电极与工件间的电阻电极与工件间的电阻电极与工件间的电阻电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。2.焊接电流的影响从公式（1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。3.焊接时间的影响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。4.电极压力的影响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，焊点强度总随焊点强度总随焊点强度总随焊点强度总随着焊接压力增大而减小着焊接压力增大而减小着焊接压力增大而减小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。5.电极形状及材料性能的影响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2磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。6.工件表面状况的影响工件表面的氧化物、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。二、热平衡及散热点焊时，产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失了，其热平衡方程式：Q=Q1+Q2——（3）其中：Q1—形成熔核的热量、Q2—损失的热量有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化金属量，而与所用的焊接条件无关。Q1=10%-30%Q，导热性好的金属（铝、铜合金等）取下限；电阻率高、导热性差的金属（不锈钢、高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量5%左右。三、焊接循环点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段（如图点焊过程）：1）预压阶段—电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。2）焊接时间——焊接电流通过工件，产热形成熔核。3）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。4）休止时间——电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环：1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。2）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅；凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。4）用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，或在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。四、焊接电流的种类和适用范围1.交流电可以通过调幅使电流缓升、缓降，以达到预热和缓冷的目的，这对于铝合金焊接十分有利。交流电还可以用于多脉冲点焊，即用于两个或多个脉冲之间留有冷却时间，以控制加热速度。这种方法主要应用于厚钢板的焊接。2.直流电主要用于需要大电流的场合，由于直流焊机大都三相电源供电，避免单相供电时三相负载不平衡。五、金属电阻焊时的焊接性下列各项是评定电阻焊焊接性的主要指标：1.材料的导电性和导热性电阻率小而热导率大的金属需用大功率焊机，其焊接性较差。2.材料的高温强度高温（0.5-0.7Tm）屈服强度大的金属，点焊时容易产生飞溅，缩孔，裂纹等缺陷，需要使用大的电极压力。必要时还需要断电后施加大的锻压力，焊接性较差。3.材料的塑性温度范围塑性温度范围较窄的金属（如铝合金），对焊接工艺参数的波动非常敏感，要求使用能精确控制工艺参数的焊机，并要求电极的随动性好。焊接性差。4.材料对热循环的敏感性在焊接热循环的影响下，有淬火倾向的金属，易产生淬3硬组织，冷裂纹；与易熔杂质易于形成低熔点的合金易产生热裂纹；经冷却作强化的金属易产生软化区。防止这些缺陷应该采取相应的工艺措施。因此，热循环敏感性大的金属焊接性也较差。凸焊与点焊的比较优势凸焊与点焊的比较优势凸焊与点焊的比较优势凸焊与点焊的比较优势凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。凸焊的种类很多，除板件凸焊外，还有螺帽、螺钉类零件的凸焊、线材交叉凸焊和板材T型凸焊等。板件凸焊最适宜的厚度是0.5～4.0mm。焊接更薄的板件时，凸点设计要求严格，需要随动性好的焊机，因此厚度小于0.25mm的板件更易于采用点焊。凸焊与点焊相比还有以下优点：１.在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高，而且没有分流内影响。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，在点焊时，对应于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困难的。3.凸点的位置精确、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比较稳定的接头质量。凸焊的不足之处是需要冲制凸点的附加工序，电极比较复杂；由于一次要焊接多个焊点，需要使用高的电极压力、高机械精度的大功率电焊机。凸焊电极凸焊电极凸焊电极凸焊电极、、、、模具和夹具模具和夹具模具和夹具模具和夹具一、电极材料凸焊电极通常采用2类电极合金制造，因为这类电极合金在电导率、强度、硬度和耐热性等方面具有最好的综合性能。3类电极合金也能满足要求。二、电极设计凸焊电极有三种基本类型：1）点焊用的圆形平头电极2）大平头棒状电极3）具有一组局部接触面的电极，即将电极在接触部位加工出凸起接触面，或将较硬的铜合金嵌块用钎焊或紧固方法固定于电极的接触部位。标准点焊电极用于单点凸焊时。为了减轻工件表面压痕，电极接触面直径应不小于凸点直径的两倍。大平头棒状电极用于局部位置的多点凸焊。例如加强垫圈的凸焊，一次可焊4-6点。这种电极的接触面必须足够大，要超过全部凸点的边界，超出量一般应相当于一个凸点的直径。这种电极一般可装在大功率点焊机上。三、焊接模具和夹具焊接模具用于保持和夹紧工件于适当位置，同时也用作电极，夹具是不导电的辅助定位装置。对于小工件，电极和定位夹具通常是一体的。弹簧夹的作用是将螺栓固定于上电极中，为防止分流，插入电极的固定销须用非金属材料。4其他类型的待焊工件也可用弹簧夹固定在上电极上。在条件许可用真空吸附的方法使工件保持在上电极中。有时也可用一个移动装置将小工件夹住并送入待焊部位。大型凸焊构件需要复杂得多的焊接模具和夹具，以满足定位，加紧和导电的需要。凸焊的工艺特点和工艺参数凸焊的工艺特点和工艺参数凸焊的工艺特点和工艺参数凸焊的工艺特点和工艺参数一、凸焊的工艺特点凸焊是点焊的一种变形，通常是在两板件之一上冲出凸点，然后进行焊接。由于电流集中，克服了点焊时熔核偏移的缺点，因而凸焊时工件的厚度比可以超过6:1。凸焊时，电极必须随着凸点的被压馈而迅速下降，否则会因失压而产生飞溅，所以应采用电极随动性好的凸焊机。多点凸焊时，如果焊接条件不适当，会引起凸点移位现象，并导致接头强度降低。实验证明，移位是由电流通过时的电磁力引起的。在实际焊接时，由于凸点高度不一致，上下电极平行度差，一点固定一点移动要比两点同时移动的情况多。为了防止凸点移位，除在保证正常熔核的条件下，选用较大的电极压力，较小的焊接电流外，还应尽可能地提高加压系统的随动性。提高随动性的方法主要是减小加压系统可动部分的质量，以及在导向部分采用滚动摩擦。多点凸焊时，为克服各凸点间的压力不均衡，可以采用附加预热脉冲或采用可转动的电极头的办法。二、凸焊的工艺参数凸焊的主要工艺参数是凸焊的主要工艺参数是凸焊的主要工艺参数是凸焊的主要工艺参数是：：：：电极压力电极压力电极压力电极压力、、、、焊接时间和焊接电流焊接时间和焊接电流焊接时间和焊接电流焊接时间和焊接电流。。。。1、电极压力凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能，凸点的尺寸和一次焊成的凸点数量等。电极压力应足以在凸点达到焊接温度时将其完全压馈，并使两工件紧密贴合。电极压力过大会过早地压馈凸点，失去凸焊的作用，同时因电流密度减小而降低接头强度。压力过小又会引起严重飞溅。2、焊接时间对于给定的工件材料和厚度，焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定。在凸焊低碳钢和低合金钢时，与电极压力和焊接电流相比，焊接时间是次要的。在确定合适的电极压力和焊接电流后，再调节焊接时间，以获得满意的焊点。如想缩短焊接时间，就要相应增大焊接电流，但过份增大焊接电流可能引起金属过热和飞溅，通常凸焊的焊接时间比点焊长，而电流比点焊小。3、焊接电流凸焊的每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点时小。但在凸点完全压溃之前电流必须能使凸点溶化，推荐的电流应该是在采用合适的电极压力下不至于挤出过多金属的最大电流。对于一定凸点尺寸，挤出的金属量随电流的增加而增加。采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。和点焊一样，被焊金属的性能和厚度仍然是选择焊接电流的主要依据。多点凸焊时多点凸焊时多点凸焊时多点凸焊时，，，，总的焊接电流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数总的焊接电流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数总的焊接电流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数总的焊接电流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数。但考虑到凸点的公差、工件形状。以及焊