电阻焊接技术

电阻焊接Q&A——以点焊为中心——平成14年6月社团法人日本焊接协会电气焊接机部会技术委员会前言在电阻焊接领域，随着昀近技术的进步以及需求的增加，在被焊接物中开始不断开发并使用新的材料，电阻焊接机器、控制装置以及其周边机器也毫无例外得发展为各式各样的高度化以及高功能化。受其影响，每日从事焊接工作的焊接机器的用户开始遇到了各种难题，开始迷惑于该如何提高生产效率。基于此，日本焊接协会·电器焊接机部会·技术委员会·电阻焊接机器小委员会开始展开以普及电阻焊接机的技术为目的的活动。此次，我们在上述委员会中设置了工作组，通过问卷调查等的分析，以业已具备电阻焊接知识、需要设定焊接条件的人为主要读者，编制了本书。另外，本书以回答焊接机器相关的用户的疑问的形式，简单明了得总结了熟练使用电阻焊接机器的方法、更加高效使用设备的建议，以及与设备维护相关的知识。此外，考虑到今后将学习电阻焊接知识的人以及已经常年从事电阻焊接的人的情况，本书阐述了从电阻焊接的基础知识到导入设备时的选择机型的方法，希望能够得到大家广泛的利用。昀后，在此我们对为编制本书所提供了宝贵资料的各位、提出了各种建议的各位以及从事本资料的整理、编辑以及执笔的下述编辑·执笔委员的各位表示衷心的感谢。并希望本书能够对电阻焊接相关人员能够有些许帮助。平成14年3月技术委员会委员长埼玉大学教授大岛健司执笔·编辑委员主查（株）木村电焊机制作所青木欣一委员MIT松山钦一丰田汽车（株）铃木干次（株）中央制作所丸山裕海（株）三叶制作所坂户英俊NASUTOA（株）永井启彦松下产业机器（株）松中延行日立精工（株）正成巧大阪电器（株）下冈健藏（株）电元社制作所长谷川和芳OBARA（株）渍田喜一ORIGIN电器（株）宫下宪夫编辑顾问大阪工业大学名誉教授佐藤次彦’98.1.24改订电阻焊接Q&A目录——以点焊为中心——……………………………………………………………前言第1部基础知识篇初识电阻焊接第1章何为电阻焊接1－1电阻焊接的历史是什么？1－2电阻焊接的分类和种类有哪些？1－3电阻焊接的原理是什么？1－4电阻焊接的接合部的特征是什么？1－5电阻焊接的三大焊接条件是什么？第2章电阻焊接的使用现状2－1在汽车相关领域中的使用状况如何？2－2在土木、建筑相关领域中的使用状况如何？2－3在家电产品、电子产品相关领域中的使用状况如何？2－4在铁路机车等中的使用状况如何？第3章电阻焊接的优势3－1为什么在制造产品时广泛使用电阻焊接机？3－2为什么在制造产品时广泛使用电阻焊接机？3－3进行电阻焊接需要熟练的操作工吗？3－4电阻焊接机器人所带来的自动化的优势是什么？3－5电阻焊接和电弧焊接的焊接变形程度的比较结果怎样？3－6电阻焊接和电弧焊接的操作环境有什么差异？第4章重叠电阻焊接相关的预备知识4－1重叠电阻焊接机的种类有哪些？4－2何为点焊机？4－3何为凸焊机？4－4何为滚焊机？4－5何为点焊？4－6何为凸焊？4－7何为滚焊？4－8何为焊枪？4－9何为电极？4－10何为电动加压方式？4－11何为焊接用控制装置？4－12交流式、直流式（整流式）的电气特性是什么？4－13电容式的电气特性是什么？4－14点焊的通电方式有哪些？4－15何为加热控制方式？第2部运用篇重叠电阻焊接的使用技巧第5章焊接条件的确定方法和焊接部的制作技巧5－1不同的焊接条件会对点焊焊接部的大小和焊接强度造成什么影响呢？5－2如何利用推荐的焊接条件生成焊接部呢？（1）何为焊接推荐条件？（2）推荐5√t的熔核直径的理由时什么？（3）如何利用焊接推荐条件生成焊接部？5－3何为焊接正弦？5－4在关东和关西获得相同的焊接结果的通电时间怎么设？5－5保证焊接部缺陷较少的焊接条件是什么？（1）焊接部的缺陷的种类和对焊接强度的影响是什么？（2）减少焊接部发生的裂纹和凹坑的方法是什么？5－6减少焊接时飞溅产生的焊接条件是什么？（1）飞溅的发生对于焊接强度和焊接直径的影响是什么？（2）减少焊接时发生的飞溅的方法是什么？5－7防止电极和板材熔敷的焊接条件是什么？5－8减少板材表面的压痕以及板间翘离的方法是什么？5－9多点焊接和单点焊接的焊接条件的差异是什么？5－10进入到焊机悬臂中的焊接物会产生什么影响？5－11焊接不同板厚或者多张板材时的焊接条件是什么？5－12实验室和现场的焊接条件和焊接结果的不同之处是什么？5－13焊接电流的步增控制是什么？第6章焊接结果的试验和检查6－1焊接质量的试验和检查方法是什么？6－2熔核直径、熔透率、焊接直径和焊核（PLUG）直径是什么？6－3工作现场使用的试验方法以及区分是什么？6－4剪切试验和十字拉伸试验是什么？第7章使用材料上的注意事项7－1对不锈钢钢板进行点焊时的注意事项是什么？7－2对镀锌钢板进行点焊时的注意事项是什么？7－3对高强度钢板进行点焊时的注意事项是什么？7－4对铝以及铝合金进行点焊时的注意事项是什么？7－5对镀铝钢板进行点焊时的注意事项是什么？7－6对涂层钢板进行点焊时的注意事项是什么？7－7对不同金属进行点焊时的注意事项是什么？第3部提高篇适用于希望更高层次使用的人群第8章为了制作更好的焊接部位8－1在点焊中需要进行质量管理的项目和方法是什么？8－2定电流、电源电压补偿、定电力控制的目的和效果是什么？8－3进行质量管理所需要的测量仪器是什么？8－4质量管理用监控器是什么？8－5高超的控制电极加压力的方法是什么？第9章焊接诸条件的计算9－1焊接电流计的原理和使用方法是什么？9－2焊接电流的峰值和实效值是什么？9－3电极加压力计的种类和使用方法是什么？9－4焊机的电极加压力滞后测量是什么？9－5焊接中测量电极间电压、电极运动和电极加压力时的注意事项是什么？第4部维护篇第10章电极的管理·质量的长期稳定10－1电极材料的种类有哪些？10－2什么是电极的寿命？10－3什么是电极的打磨和更换？10－4什么是电极的使用极限？10－5什么是电极的冷却水流量、压力损失？第11章维护·管理第11章维护·管理11－1什么是焊机的维护·点检？11－2维护·点检所需要的测量设备有哪些？11－3冷却水流量·水质管理的必要性是什么？11－4需要采取怎样的故障对策？第12章工作环境及安全12－1管理者必须遵守的安全内容是什么？12－2操作人员应该遵守的安全项目和内容是什么？12－3焊机的接地是指是什么？12－4干扰·电波阻碍是指是什么？第5部导入篇从不失败的机型选择方法第13章选择具体的机型以及设备时的预备知识13－1使用率是指什么？13－2电阻焊机的额定昀大焊接输入、额定容量是指什么？13－3受电变压器（电源变压器）的容量的标准是什么？13－4与电源电缆尺寸选择的标准以及配线距离相关的注意事项是什么？13－5点焊机的电费怎么计算？13－6二次电缆的选择方法是什么？13－7漏电保护器和线路断路器的工作原理和选择方法是什么？13－8选择点焊焊机用空气压缩机的标准是什么？13－9选择点焊焊机的冷却水循环式冷却装置的标准是什么？13－10电压波动补偿器是什么？第14章导入焊机时的检查要点14－1大的焊机能够代替小的焊机吗？14－2进行焊机比较是否只需要依照产品目录和价格就可以了？14－3除了焊机以外，还需要什么设备呢？14－4对于电阻焊接的技术人员以及技师的资格认定是指什么？第1部基础知识篇初识电阻焊接第1章何为电阻焊接1－1电阻焊接的历史是什么？广大读者都应该知道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。焦耳法则的热量计算公式如（1.1）所示。H＝I2Rt…………（1.1）I＝电流、R：电阻、t：时间、J：焦耳据说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。焦耳在1857年尝试着将电阻焊接进行实际运用，但是由于当时还没有合适的电源以产生电流，因此没有实现。1885年美国的发明家汤姆森解决了电源问题，制作出了将相同横截面的棒相抵以进行电阻焊接的对焊机。此后，1889年，美国的Coffin发明了在两个圆棒间释放火花之后进行加压焊接的闪光电焊机、1890年汤姆森发明了将板材夹在滚筒电极间进行电阻焊接的滚焊机。1897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。在推广点焊的过程中，大家希望能够一次进行多个点焊以提高工作效率，从而发明了使用1台焊接变压器进行2点同时焊接的单边多点点焊机。随着汽车整体越来越多地采用了钢板，因此需要进行更多的焊接工作。由此制作出了使用多台焊接变压器、而单台焊接变压器可进行2～4点焊接的多点焊机。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。在大战前后由于已经可以获得进行铝合金焊接所需要的大电流，同时也进行了电源方式的改良以减少焊机的电流输入，因此开发出了电容式、三相整流式以及三项低频式等类型的焊机。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。此外，电阻焊接可以焊接的板厚跨度很大，可以从几µm的小金属零部件到数10mm的厚钢板。1－2电阻焊接的分类和种类有哪些？电阻焊接有很多种类，根据见解不同其分类方法也不同。但是，作为通常的分类方法，依据接合母材间的相对位置，一般分为重叠焊以及对接焊。其具体内容如下。点焊重叠焊凸焊滚焊电阻焊接―对焊对接焊闪光焊对焊·滚焊下图显示了各个电阻焊接法的接合材料和电极的位置关系以及加压的方向（→）。斜线部分表示电极。图1.1点焊图1.2凸焊图1.3滚焊图1.4对焊图1.5闪光焊图1.6对·滚焊1－3电阻焊接的原理是什么？焊接方法从大的来讲分为熔接和压接。熔接的代表为电弧焊，正如大家所知道的，通常是将需要焊接的母材连接部位熔解，与此同时将熔解的材料填充在连接部位的间隙中，由此形成了焊接部位。而压接的代表电阻焊接则是通过从电极流向焊接母材的电流使连接部位本身产生焦耳热量，从而使接合部位温度上升，多数情况下温度会上升到融合状态。此时基本不使用熔接辅助材料。在这期间，通常两电极会持续对母材加压，从而使母材产生塑性变形，使得表面相互紧密连接，生成牢固的接合部。在对接焊中，通常在焊接的昀后会产生一个被叫做顶锻压力的突然增大的压力。我们以对焊为例说明上述原理。在电极间通电时，母材会产生焦耳热，两边母材的顶端的表面多少都会存在某种程度的凹凸以及氧化膜等一些不良的导体，通过加压以及加热，凹凸以及氧化膜（由此产生的电阻增加被称为接触电阻）会在与进行焊接所需通电的时间相比相当短的时间内消除。存在凹凸以及氧化膜意味着在通电初期，实际的通电面积会比看上去的表面积小。正如大家所知道的，由于导体的电阻与横截面成反比，接触面上的昀初的热量比母材内部的大，因此温度上升也快。由于支配发热量的电阻系数为＋（plus），因此在温度较高的接触面附近，与母材内部相比，温度上升大。像在电容式焊机那样在短时间内流通大电流的特殊电焊机中，正是积极利用了接触电阻以使温度上升。但是在普通电阻焊接中，由于接触电阻而产生的温度上升对于加压力产生的塑性变形也会产生一定效果，因此可以忽视。反而言之，我们可以认为在普通的电阻焊接中，为了保证焊接结果的稳定，需要选择足够长的通电时间以便利用母材整体的焦耳发热使温度上升。为什么在接合部位的温度会上升呢？是因为产生的热量由于母材到电极间热传导而被转移了。如图1.7所示，在接合部位出现的温度分布可以产生昀高的温度。（在进行薄板点焊时，我们测量出在焊接结束之前，90％以上的热量都转移了。）因此，当接合部位的两方母材的热传导率不同时，如图1.8所示，只要改变电极连接的材料的长度，就可以提高接合面附近的温度。这一点大家都应该能够很容易理解吧。电极加压力温度分布热传导率高热传到率低加压力加