电阻焊

第七章电阻焊一）、电阻焊的实质定义：利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻能热，将被焊金属加热到局部熔化或达到高温塑性状态，在外力的作用下形成牢固的焊接接头的工艺过程，称为电阻焊。第一节电阻焊的基本原理（1）热源电阻热：Q=I×IRt,其中电流和时间是外因，而电阻是内因。焊接区的总电阻为：R=Rc+2Rew+2Rw。其中Rc为焊件接触电阻，Rew为电极与焊件间的接触电阻，Rw为焊件电阻。二）、电阻焊的过程分析影响接触电阻的因素：工件表面状态表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大。电极压力压力愈高、接触电阻愈小。焊前预热焊前预热将会使接触电阻大大下降。（2）力静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或在压力下结晶。冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力较为理想。电阻点焊熔核形成过程（3）电阻焊过程预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶。电阻焊与电弧焊相比有如下两个特征：（1）热效率高电弧焊是借助外部集中热源，从外部向焊件传导热能；电阻焊是电阻热由高温区向低温区传导，属于内部热源。因此，热能损失比较少，热效率比较高。（2）焊缝致密一般电弧焊的焊缝是在常压下凝固结晶的；电阻焊的焊缝是在有外界压力的作用下凝固结晶的，具有锻压的特征，属于压焊范畴，所以比较容易避免产生缩孔、疏松和裂缝等缺陷，从而获得致密焊缝。三）、电阻焊的分类1、点焊两工件由棒状铜合金电极压紧后通电加热，在工件之间生成椭球状的熔化核心，切断电流后该核心冷凝而形成熔核，它便成为连接两工件的点状焊缝。分类：按供电方式不同：单面点焊（只从工件一侧供电）和双面点焊（从工件两侧供电）；按一次形成焊点的数量：单点焊和多点焊（使用两对以上的电极，在同一工序上完成多个焊点的焊接）。单脉冲焊（每一个焊点需要一次连续通电完成焊接）和多脉冲焊（多次通电完成焊接）。点焊的接头形式必须是搭接。2、缝焊缝焊与点焊的区别：缝焊是以圆盘状铜合金电极(滚轮电极)代替点焊的棒状电极。焊接时，滚轮电极压紧工件的同时，并作波动。使工件产生移动。电极在滚动过程中通电，每通一次电就在工件间形成一个焊点。连续通电，在工件间便出现相互重叠的焊点，从而形成连续的焊缝。亦可断续通电或滚轮电极以步进式滚动时通电获得重叠的焊点。缝焊接头也须是搭接，由于焊缝是焊点的连续，所以用于焊接要求气密或液密的薄壁容器，如油箱、水箱、暖气包、火焰筒等。3、凸焊是点焊的一种变型。焊接前首先在一个工件上预制凸点(或凸环等)，焊接时在电极压力下电流集中从凸点通过，电流密度很大，凸点很快被加热、变形和熔化而形成焊点。凸焊在接头上一次可焊成一个或多个焊点。4、对焊对焊一般按加压及通电方式的不同可分为：电阻对焊、闪光对焊、滚对焊。（1）电阻对焊与闪光对焊均是基本的对焊方法。焊接时把焊件分别夹持在两对夹具之间，将焊件的两端面对准，并在接触处通电加热进行焊接。电阻对焊与闪光对焊的区别：操作方法不同，电阻对焊是焊件对正加压后再通电加热；而闪光对焊则是先向焊件通电，而后使焊件接触建立闪光过程进行加热。四）、电阻焊的特点1、优点：（1)两金属是在压力下从内部加热完成焊接的，无论是焊点的形成过程或结合面的形成过程，其冶金问题都很简单。因此，焊接时无需焊剂或气体保护，也不需使用焊丝、焊条等填充金属，便可获得质量较好的焊接接头，其焊接成本低。（2）由于热量集中，加热时间短，故热影响区小，变形和应力也小。通常焊后不必考虑矫正或热处理工序。（3）操作简单，易于实现机械化和自动化生产，无噪声及烟尘，劳动条件好。（4）生产率高，在大批量生产中可以与其他制造工序一起编到组装生产线上。只有闪光对焊因有火花喷溅需要作适当隔离。2、缺点：（1）目前尚缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。（2）点焊和缝焊需用搭接接头，增加了构件的重量，其接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。（3）设备功率大，机械化和自动化程度较高，故设备投资大，维修较困难。大功率焊机馈电网负荷困难，若是单相交流焊机，则对电网的正常运行有不利的影响。(4)工件的尺寸、形状和厚度易受设备条件限制。五)、电阻焊的应用虽然电阻焊焊件的接头形式受到一定限制，但适用于电阻焊的构建仍然非常广泛。电阻焊所适用的材料也非常广泛，不但可以焊低碳钢，还可以焊接其他各种合金钢及铝、铜等有色金属及其合金。电阻焊发明于19世纪末期（1885年），目前已在航空、航天领域、汽车工业、锅炉、机车车辆、家用电器的生产中得到广泛应用。电子技术的发展又为电阻焊向自动化发展提供了坚实的技术基础。二、点焊时的电阻及加热一、点焊时的电阻ewRewRwRwRcRwewcRRRR22dttrtiQ)()(24.02VAC3801.电极与焊件之间的电阻Rcw与Rc相比，由于铜合金电阻率比一般焊件低，因此，Rcw比Rc更小，对熔化核的形成影响也更小。2.接触电阻Rw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。1）焊件表面氧化膜或污物层，使电流受到较大阻碍，过厚的氧化膜或污物层会导致电流不能导通。2）由于焊件表面是凹陷不平的，使焊件在粗糙表面形成接触点。在接触点形成电流线的集中，因此增加了接触处的电阻Rc。电极压力增加或温度升高使金属达到塑性状态时，都会导致焊件间接触面积增加，促使接触电阻Rc减小。因此，当焊件表面较清洁时，接触电阻仅在通电时极短时间内存在，随后就会迅速减小以至消失。接触电阻尽管存在时间极短，但在点焊极薄的铝合金时，对熔化核的形成仍有显著影响。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(3)温度电流场与电流密度分布a)导线中b)单块板中c)点焊时i一电流线j一电流密度jc一平均电流密度3.焊件内部电阻1）边缘效应与绕流现象边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积。绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散的现象。2）焊件内部电阻的近似计算4222021dKKRTW。电极与焊件接触面直径单个焊件的厚度；焊接区金属的电阻率；展的系数；绕流现象引起电流场扩展的系数；边缘效应引起电流场扩021dKKT1K0d84.0~82.01K01234561.00.80.60.40.2与不均匀加热程度有关，可在0.8~0.9范围内选取。硬规范点焊时，焊接区温度很不均匀，应选低值；软规范点焊时，则取高值。2K3）影响因素：综上所述，边缘效应、绕流现象，均使点焊时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接触面为底的圆柱体内，而要向外有所扩展，因而使悍件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。这些因素可归纳为；（1）金属材料的热物理性质（2）机械性能（3）点焊规范参数及特征（4）焊件厚度等。二、电阻热的产生及影响产热因素电阻焊的热源：是电流通过焊件本身及其接触处所产生的电阻热。决定电阻焊接热量的是：焊接电流、两极之间的电阻、通电时间。热量的一部分用来形成焊缝，另一部分散失于周围金属中。RtIQ2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。1.电流场分布对点焊加热的影响点焊时的电场其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数，例如，80％的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的80％。三、电流场及温度场分布点焊时各典型截面的电流密度分布1)集中加热点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，其结果就使贴合面处产生了集中加热效果，而该处正是点焊时所需要连接的部位．2)塑性环贴合面的边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现密封的塑性连接区，此密封环对保证熔核的正常生长，防止氧化和飞溅的产生有利。3)不均匀的温度场缝焊的温度分布：与点焊略有不同，由于熔核不断形成，对已焊部位起到后热作用，对未焊部位起到预热作用，故温度分布要比点焊平均。又因已焊部位有分流加热以及盘状电极离开后散热条件变坏，故温度分布沿工件前进方向前后不对称，刚从盘状电极下离开的一方温度较高。焊接速度越大，这种不对称性越明显。采用强条件(即硬规范)或步进式缝焊，能改善此现象，已接近点焊的温度分布。温度分布曲线越平坦，接头热影响区越大，工件表面易过热，电极越易磨损。因此，在焊接功率允许条件下宜用强条件焊接。四、金属电阻焊时的焊接性评定金属电阻焊是焊接性的主要依据如下：材料的导电性和导热性材料的高温强度材料的塑性温度范围材料与电极粘损现象材料对热循环的敏感性熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊接性也比较差。一）、特点1.靠尺寸不大的熔核连接；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。第二节点焊、缝焊、凸焊二）、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2.按工艺特点分双面单点单面双点单面单点三）、焊接循环点焊和凸焊的焊接循环由“预压”、“通电”、“维持”、“休止”4个基本阶段组成。1.预压.（F＞0,I=0)为了克服构件的刚性，获得均匀的接触电阻，保证焊接过程获得重复性好的电流密度。例如对刚性和厚度大的工件需要先采用较大的与压力，而后再回到焊接时的电极压力，使接触电阻恒定而又不太小，来提高热效率。2.焊接（F=FW,I=IW)焊件加热熔化形成熔核的阶段，最后输入热量与散失热量平衡时，熔核达到稳定尺寸。这个过程是焊接的关键，焊点强度取决于熔核尺寸。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chd3）压痕c5~20%%70~30A1.熔核尺寸的几个基本概念3.维持(F＞0,I=0)由于熔核体积小，且夹持在水冷电极间，冷却速度极高，无外力维持，冷却收缩时会产生三向拉应力，极易产生缩孔、裂纹等缺陷。对于厚板、铝合金、高温合金等可采用较大的顶锻力防止缩孔、裂纹。这时应精确控制加顶锻力的时间，加早了会使液态金属遭遇高压而飞溅，过晚已经凝固了。加后缓冷电流可降低凝固速度，防止缩孔和裂纹的产生。4.休止（F=0,I=0)恢复到起始状态所需的时间。为了改善接头的性能，有时会将下列各项中的一项或多项加于基本循环：1）加大预压力，以消除厚焊件之间的间隙；2）用预热脉冲提高金属达到塑性，使焊件之间紧密贴合，反之飞溅；凸焊时这样做可以使多个凸点在通电前与电极平衡接触，以保证各点加热的一致性。3）加大锻压力，以使熔核致密，防止产生裂纹和缩孔。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。5.点焊热源的特点1)电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。2)内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度分布(例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温度低)，散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。四)、点焊参数：1.焊接电流IW热量与电流的平方正比，在其他参数不变时，电流小于某值时，熔核不能形成；超过某值时，随电流的增大熔核尺寸变大，强度升高，随后因散热的增加熔核增长较慢，焊点强度增长较缓慢。再增加电流会导致飞溅一般选择对熔核直径不敏感的BC段电流。2.焊接时间通电时间大于最小值时才会出现熔核，而后随着时间的延长熔核快速长大，再进一步增加通电时间熔核增长变慢，趋于恒定，应断电，否则组织粗大，塑性变差。2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热循环极为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低。这时，尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊