1、第一章第一章 电阻点焊的原理电阻点焊的原理第一节第一节 概述概述一、定义一、定义 焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，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。属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。二、特点二、特点1。靠尺寸不大的熔核连接；。靠尺寸不大的熔核连接；2。在大电流、短时间的条件下焊接；。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。在热和机械力联合作用下形成焊点。 三、分类三、分类1。按焊接电流波形分。按焊接电流波形分工频工频
2、50或或60Hz低频低频 310Hz 2.5kHz450kHz交流交流高频高频脉冲脉冲电容储能电容储能直流冲击波直流冲击波2。按工艺特点分。按工艺特点分双面单点双面单点单面双点单面双点单面单点单面单点四、对点焊质量的要求四、对点焊质量的要求1）熔核直径）熔核直径32 d5d或或板厚板厚2）焊透率）焊透率)(mmd(%)A%100chAchd3）压痕）压痕c520%7030A1。熔核尺寸的几个基本概念。熔核尺寸的几个基本概念2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热）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
3、度、塑性急剧降低。这时，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。尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。熔核及热影响区的组织及缺陷有关。1）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关；寸有关；2。对点焊质量的要求。对点焊质量的要求第二节第二节 点焊时
4、的电阻及加热点焊时的电阻及加热一、一、点焊时的电阻点焊时的电阻ewRewRwRwRcRwewcRRRR22dttrtiQ)()(24. 02VAC3801。接触电阻。接触电阻接触电阻形成原因示意图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。）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。2)影响因素：影响因素：（1)表面状态表面状态a) 清理方法清理方法b) 存放时间存放时间c) 表面粗糙度表面粗糙度(2)压力压力电极压力电极压力接触电阻接触电阻“滞后滞后”效应效应(3)温度温度1R2RRR等于等于1R与与2R并联值并联值2. 焊件内部电阻焊件内部电阻1) 几何特点
5、几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件导电区域远远大于以电极与焊件接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积 电流场与电流密度分布电流场与电流密度分布 a)导线中导线中 b)单块板中单块板中 c)点焊时点焊时 i一电流线一电流线 j一电流密度一电流密度 jc一平均电流密度一平均电流密度预压时，电极压力的应力分布预压时，电极压力的应力分布焊点外观 电流场与电流密度分布电流场与电流密度分布 a)导线中导线中 b)单块板中单块板中 c)点焊时点焊时 i一电流线一电流线 j一电流密度一电流密度 jc一平均电流密度一平均电流密度2）边缘效应与绕流现象）边缘效应与绕流现象边缘
6、效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，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，使整个焊件的电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。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原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积横截面积 。绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电绕流效应：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。流线从中间向四周扩散的现象。 3）焊件内部电阻的近似计算）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
7、；边缘效应引起电流场扩021dKKT1K0d84. 082. 01K0 1 2 3 4 5 61.00.80.60.40.2与不均匀加热程度有关，可在与不均匀加热程度有关，可在0.80.9范围内范围内选取。硬规范点焊时，焊接区温度很不均匀，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。应选低值；软规范点焊时，则取高值。2K3）影响因素：影响因素： 综上所述，边缘效应、绕流现象，均使点焊综上所述，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，因而触面为底的圆柱体内，
8、而要向外有所扩展，因而使焊件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。使焊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。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；这些因素可归纳为；（1）金属材料的热物理性质）金属材料的热物理性质（2）机械性能）机械性能（3）点焊规范参数及特征）点焊规范参数及特征（4）焊件厚度等。）焊件厚度等。3 3。焊接区的总电阻：。焊接区的总电阻： 点焊过程中，焊件点焊过程中，焊件焊件和电极焊件和电极电极的接电极的接触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因此，引起焊接区的电阻也不断交化
9、。描述焊接过此，引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强调的是，由于材料性能的不同，调的是，由于材料性能的不同，不同金属材料在不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大 。1）低碳钢）低碳钢 在低碳钢的点焊过程中，焊接区动态阻的变化在低碳钢的点焊过程中，焊接区动态阻的变化规律可以分为以下几个阶段规律可以分为以下几个阶段 ： 下降段下降段t0t1：由于接触电阻的迅速降低：由于接触电阻的迅速降低及消失所造成。该阶段的主要特点是时间短，曲及消失所造成。该阶段的主要特点是时
10、间短，曲线呈陡降（例如，点焊线呈陡降（例如，点焊1.21.21.2mm1.2mm冷轧低碳钢冷轧低碳钢板，该段时间约为板，该段时间约为(1(12 2周波周波) )，焊接区金属未熔，焊接区金属未熔化但有明显加热痕迹。值得注意的是，当加热速化但有明显加热痕迹。值得注意的是，当加热速度较快时，该阶段将难以观测到。度较快时，该阶段将难以观测到。上升段上升段t1t2：随着加热的进行，焊接区温：随着加热的进行，焊接区温度升高，金属电阻率度升高，金属电阻率 的增加很快由于焊接的增加很快由于焊接区金属基本处于固态，接触面增加缓慢，因而区金属基本处于固态，接触面增加缓慢，因而的增大起主要作用，曲线上升较快。经过一
11、段时的增大起主要作用，曲线上升较快。经过一段时间加热后，焊接区温度已比较高，间加热后，焊接区温度已比较高，的增大速率的增大速率减小，而焊接区导电面积增加较快，结果使动态减小，而焊接区导电面积增加较快，结果使动态电阻增加速率减缓电阻增加速率减缓, ,最终达到最大值。一般认为，最终达到最大值。一般认为，接近峰值点时焊接区金属已局部熔化，开始形成接近峰值点时焊接区金属已局部熔化，开始形成熔核，达到温度稳定点。因为继续加热，金属将熔核，达到温度稳定点。因为继续加热，金属将不断由固态变成液态，使熔核逐渐增大，但此时不断由固态变成液态，使熔核逐渐增大，但此时输入功率作为潜热消耗，焊点温度不再升高。输入功率
12、作为潜热消耗，焊点温度不再升高。再次下降段再次下降段t t2 2t t3 3：继续加热使熔化区：继续加热使熔化区及塑性环不断扩展，虽然金属由固相向液及塑性环不断扩展，虽然金属由固相向液相转变时电阻率有突然的增大，但由于绕相转变时电阻率有突然的增大，但由于绕流现象，使得主要通过焊接电流的金属区流现象，使得主要通过焊接电流的金属区域电阻率并没有明显增大。绕流现象使电域电阻率并没有明显增大。绕流现象使电极下的导电通路截面增大：另一方面，由极下的导电通路截面增大：另一方面，由于金属的明显软化使接触面积迅速增大，于金属的明显软化使接触面积迅速增大，电流场的边缘效应减弱。结果均使得焊接电流场的边缘效应减弱
13、。结果均使得焊接区的电阻减小，曲线下降。区的电阻减小，曲线下降。平稳段平稳段t t3 3以后：由于电极与焊件接触面以后：由于电极与焊件接触面尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间，尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间，使焊件间间隙加大（板缝翘离），限制了熔使焊件间间隙加大（板缝翘离），限制了熔核和导电面积的增大。同时，由于电流场和核和导电面积的增大。同时，由于电流场和温度场均进入准稳态，熔核和塑性环尺寸也温度场均进入准稳态，熔核和塑性环尺寸也基本保持不变，动态电阻曲线将日趋平稳。基本保持不变，动态电阻曲线将日趋平稳。焊接通电时间动态电阻 (Cycle)1-6.30kA2-6.48kA3-6.
14、88kA4-8.38kA181614121086420455055606570758580不同焊接电流时动态电阻曲线不同焊接电流时动态电阻曲线 2）不锈钢）不锈钢二、点焊时的加热特点二、点焊时的加热特点 1。电阻对点焊加热的影响电阻对点焊加热的影响 1 1）接触电阻：产热）接触电阻：产热510% 作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场作用：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及焊接电流的均匀化流过起重要作用 2 2）内部电阻：）内部电阻：9095% 作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共作用：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
15、规律。同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。 2.电流场分布对点焊加热的影响电流场分布对点焊加热的影响 点焊时的电场点焊时的电场 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，电流占总电流的百分数，例如，80的电流线是的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的指它限定的范围内通过的电流占总电流的80。点焊时各典型截面的电流密度分布点焊时各典型截面的电流密度分布1)1)集中加热集中加热 点焊时，电流线在两焊件的贴合面点焊时，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
16、，而该处正是点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焊时所需要连接的部位2)2)塑性环塑性环 贴合面的贴合面的边缘电流密度边缘电流密度出现峰值，该出现峰值，该处加热强度最处加热强度最大，因而将首大，因而将首先出现密封的先出现密封的塑性连接区，塑性连接区，此密封环对保此密封环对保证熔核的正常证熔核的正常生长，防止氧生长，防止氧化和飞溅的产化和飞溅的产生有利。生有利。3)3)不均匀的温度场不均匀的温度场 4 4。点焊的热平衡。点焊的热平衡 21QQQ1Q2Q熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量的的1030%，其大小取决于金属热物理性质，其大小
17、取决于金属热物理性质 、熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。 由散热而损失的热量，占总产热量的由散热而损失的热量，占总产热量的7090%。散热途径：工件热传导，对流，辐射。最主散热途径：工件热传导，对流，辐射。最主要是电极散热，占要是电极散热，占3050%（铜电极水冷）其（铜电极水冷）其次是工件热传导次是工件热传导20%,对流辐射占对流辐射占5%,与电极与电极形状形状,材料物理性质材料物理性质,焊接规范均有关焊接规范均有关. 5. 点焊热源的特点点焊热源的特点1) 电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源相
18、比，对焊接区的加热更为迅速、集中。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，为获得合理的内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度分布温度分布(例如，点焊时应使焊件贴合面处温度例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温度低高，而表面温度低)，散热作用在电阻点焊的加，散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。热中具有重要意义。第二章第二章 电阻点焊工艺电阻点焊工艺第一节第一节 点焊过程分析点焊过程分析一、一、焊接循环焊接循环 1。定义：在电阻焊接过程中，完成一个焊点或定义：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焊缝所需要的全部过程或全部阶
19、段 2。点焊的基本焊接循环点焊的基本焊接循环 F,I加压加压通电焊接通电焊接维持维持休止休止加压加压F,IPIWIHIpFwFuF3 3。复杂的点焊焊接循环。复杂的点焊焊接循环 WPFF5 . 25 . 1WUFF32WPII5 . 025. 0WHII7 . 05 . 0二、二、点焊接头形成过程点焊接头形成过程 点焊接头形成的三个阶段点焊接头形成的三个阶段a) 预压预压 b) 、c)通电加热通电加热 d)冷却结晶冷却结晶1 1。预压阶段。预压阶段 1 1）机电特点：）机电特点：，= 2）作用：作用：减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点，减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点，为以后
20、焊接电流顺利通过创造条件；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性变形，有助于在熔核四周形成密封熔核的环带( (密封环密封环) )。 预压时，电极压力的应力分布预压时，电极压力的应力分布2 2。通电加热阶段。通电加热阶段 1)1)机电特点：机电特点：， 2)作用：作用： 在热和机械力联合作用下，形成塑性环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和熔核，直到熔核长到所要求尺寸. . 图图(B)表示两板搭接点焊时焊核生长过程的表示两板搭接点焊时焊核生长过程
21、的情况。情况。(a)表示开始导通电流的焊接初期，表示开始导通电流的焊接初期，由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完全接触，电流的边缘效应也较强，因此接触全接触，电流的边缘效应也较强，因此接触面外侧的电流密度很高，这部分的温度首先面外侧的电流密度很高，这部分的温度首先上升。上升。(b)表示又经过一段时间的状态，在表示又经过一段时间的状态，在外侧温度上升的地方，因电阻增加而温度继外侧温度上升的地方，因电阻增加而温度继续上升，并开始产生一部份热影响区，而与续上升，并开始产生一部份热影响区，而与电极相接触的表面则受到冷却。由于电流的电极相接触的表面则受到冷却。由于
22、电流的边缘效应，处于母材接合面和电极接触面中边缘效应，处于母材接合面和电极接触面中间的区域，温度不能升高，因此形成象两个间的区域，温度不能升高，因此形成象两个腰鼓对合起来的形状。腰鼓对合起来的形状。(c)表示再经过一段表示再经过一段短时间，开始形成焊核的状况。焊核中心区短时间，开始形成焊核的状况。焊核中心区因热量很难散走而温度上升，而与电极接触因热量很难散走而温度上升，而与电极接触的区域进一步被冷却，所以焊核成为四角形。的区域进一步被冷却，所以焊核成为四角形。(d)表示经过足够长的时间后的状况，由于表示经过足够长的时间后的状况，由于中心区散热困难，而电极和板的周围却散热中心区散热困难，而电极和
23、板的周围却散热容易，所以焊核变成椭圆形。容易，所以焊核变成椭圆形。 这样的焊核生长过程，在这样的焊核生长过程，在单块板通电时就更容易理解。单块板通电时就更容易理解。有人认为：点焊是利用接触面有人认为：点焊是利用接触面的接触电阻进行焊接的方法，的接触电阻进行焊接的方法，不是两板重迭就不能形成焊核。不是两板重迭就不能形成焊核。但是，即使是单块板，只要增但是，即使是单块板，只要增加电流，同样也能形成焊核。加电流，同样也能形成焊核。图图(A)表示单块板通电时焊核的表示单块板通电时焊核的生长过程。起初，电极的正下生长过程。起初，电极的正下方出现三角形的热影响区，随方出现三角形的热影响区，随着通电时间的加
24、长，两个热影着通电时间的加长，两个热影响区合并成鼓形。继续加长通响区合并成鼓形。继续加长通电时间就形成四方形焊核。电时间就形成四方形焊核。3.冷却结晶阶段冷却结晶阶段 1)1)机电特点：机电特点：，= 2)2)作用：作用： 保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，冷却结晶时间很短（一般冷却结晶时间很短（一般周波），但周波），但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论. . 柱状晶：低碳钢，合金钢等柱状晶：低碳钢，合金钢等 柱状晶柱状晶+ +等轴晶：铝合金等轴晶：铝合金 等轴晶：镁合金等轴晶：镁合金 维持阶段的作用维持阶段的作用1. 保证熔
25、核在压力状态下结晶保证熔核在压力状态下结晶,减少出现减少出现缩孔裂纹等组织缺陷的几率缩孔裂纹等组织缺陷的几率;2.避免电极与工件避免电极与工件“打火打火”第二节第二节 点焊规范参数及相关关系点焊规范参数及相关关系 一、规范参数（工艺参数）一、规范参数（工艺参数） 1 1。焊接电流。焊接电流 AB段：曲线呈陡峭段。段：曲线呈陡峭段。由于焊接电流小，使热由于焊接电流小，使热源强度不足，不能形成源强度不足，不能形成熔核或熔核尺寸很小，熔核或熔核尺寸很小，焊点拉剪载荷较低且很焊点拉剪载荷较低且很不稳定。不稳定。BC段：曲线平稳上升。随着段：曲线平稳上升。随着焊接电流的增加，内部热源产焊接电流的增加，内
26、部热源产热量急剧增大，熔核尺寸稳定热量急剧增大，熔核尺寸稳定增大，拉剪载荷不断提高；临增大，拉剪载荷不断提高；临近近C点，由于板间翘离限制了点，由于板间翘离限制了熔核尺寸的扩大和温度场进入熔核尺寸的扩大和温度场进入准稳态，拉剪载荷变化不大。准稳态，拉剪载荷变化不大。CD段：由于电流过大，段：由于电流过大，加热过于强烈，引起金属加热过于强烈，引起金属过热、喷溅、压痕过深等过热、喷溅、压痕过深等缺陷，接头性能反而降低。缺陷，接头性能反而降低。注意：焊件越厚，注意：焊件越厚，BC段越陡峭，焊段越陡峭，焊接电流的变化对焊接电流的变化对焊点拉剪载荷的影响点拉剪载荷的影响越敏感。越敏感。2。焊接时间焊接时
27、间 3。电极压力电极压力 1）电极压力过大或过小都会使焊点承载能力降低和分散性变大，尤其对拉伸载荷影响更甚。2）电流恒定时，电极压力过大，接触面积变大、接触电阻变小，产热减少；同时，通过电极散热增加，因此熔核尺寸下降，严重时会出现末焊透缺陷。3）电流恒定时，电极压力过小，由于焊接区金属塑性变形范围及变形程度不足，接触面积小、接触电阻大，局部地方产热过大，易出现严重的前期喷溅。注意：1）增加电极压力时，应考虑适当增加焊接电流或焊接时间；2）规范越硬，电极压力应越大。3) 电极压力越大，压痕越大吗？4。电极端面尺寸电极端面尺寸 电极头端面尺寸增大时，由于接触面积增大、电流密度减小、散热效果增强，均
28、使焊接区加热程度减弱，因而熔核尺寸减小，使焊点承载能力降低。二、二、规范参数之间的关系规范参数之间的关系 1.焊接电流和焊接时间的适当配合焊接电流和焊接时间的适当配合 这种配合是以反映焊接区加热速度快慢这种配合是以反映焊接区加热速度快慢为主要特征。当采用大焊接电流、小焊按时为主要特征。当采用大焊接电流、小焊按时间参数时称硬规范；而采用小焊接电流、适间参数时称硬规范；而采用小焊接电流、适当长焊接时间参数时称软规范。当长焊接时间参数时称软规范。2。焊接电流和电极压力的适当配合。焊接电流和电极压力的适当配合 这种配合是以这种配合是以焊接过程中不产生焊接过程中不产生喷溅为主要特征，喷溅为主要特征，这是
29、目前国外几种这是目前国外几种常用规范常用规范(RWMA、MIL spec、BWMA等等)的制定依据。根的制定依据。根据这一原则制定的据这一原则制定的I、F关系曲线称喷溅关系曲线称喷溅临界曲线。临界曲线。焊接区沿板厚温度分布图500oC800oC900oC 800oC1000oC1300oCSOURCE: O.U. Science Data Book, Outukumpu, OMG.SOURCE: O.U. Science Data Book, Outukumpu, OMG.胡须的三种存在部位第三章第三章 电阻凸焊电阻凸焊 象图象图3-1a所示，所示，对于板厚差异大的对于板厚差异大的材料，若用一
30、般的材料，若用一般的点焊方法，很难焊点焊方法，很难焊接。但是，在厚板接。但是，在厚板上压出凸点使其与上压出凸点使其与薄板具有同样的热薄板具有同样的热容量，如图容量，如图3-1b所所示，则很容易焊接，示，则很容易焊接，这种焊接方法称为这种焊接方法称为凸焊。凸焊。a) 点焊点焊 b) 凸焊凸焊图图3-1 点焊与凸焊点焊与凸焊 凸焊是点焊的一种特殊形式，它是利用零件凸焊是点焊的一种特殊形式，它是利用零件原有型面倒角、底面或预制的凸点焊到另一块面原有型面倒角、底面或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。因为是凸点接触，提高了单位积较大的零件上。因为是凸点接触，提高了单位面积上的电极压力与焊接电流，有利
31、于板件表面面积上的电极压力与焊接电流，有利于板件表面氧化膜破裂与热量集中，减小了分流电流，可用氧化膜破裂与热量集中，减小了分流电流，可用于厚度比达到于厚度比达到1：6的零件焊接。另外，可采用多的零件焊接。另外，可采用多点凸焊，以提高生产率和降低接头变形。在使用点凸焊，以提高生产率和降低接头变形。在使用平板电极凸焊时，零件表面平整无压坑，电极寿平板电极凸焊时，零件表面平整无压坑，电极寿命长。凸焊既可在通用点焊机上进行，也可在专命长。凸焊既可在通用点焊机上进行，也可在专用凸焊机上进行，广泛应用于成批生产的盖、筛用凸焊机上进行，广泛应用于成批生产的盖、筛网、管壳以及网、管壳以及T形、十字形、平板等零
32、件的焊接。形、十字形、平板等零件的焊接。第一节第一节 凸焊的特点及适用场合凸焊的特点及适用场合凸焊零件实例凸焊零件实例第二节第二节 凸焊接头的形成过程分析凸焊接头的形成过程分析 凸焊时焊核生成随时间的变化凸焊时焊核生成随时间的变化(低碳钢板厚低碳钢板厚2.3毫米毫米)凸焊过程电极压力、电极位移及电流随时间的变化凸焊过程电极压力、电极位移及电流随时间的变化预压阶段预压阶段 凸焊时如果施加电极压力时带冲击，凸点会被压凸焊时如果施加电极压力时带冲击，凸点会被压溃，因此必须较缓慢地加压，随着电极压力的增大，溃，因此必须较缓慢地加压，随着电极压力的增大，凸点进一步被压溃，电极下移。凸点进一步被压溃，电极
33、下移。 当达到给定电极压力时，凸点的压强差不多停止，当达到给定电极压力时，凸点的压强差不多停止，可以认为通电之前凸点高度的一半多可以认为通电之前凸点高度的一半多(S1)已被压塌，已被压塌，凸点高度变低。凸点高度变低。凸点压溃阶段凸点压溃阶段在通电的瞬间，电流集在通电的瞬间，电流集中流过凸点的端头，在中流过凸点的端头，在一般的焊接规范下，剩一般的焊接规范下，剩下凸点的高度大致为下凸点的高度大致为S2，在约在约10毫秒间几乎全部被毫秒间几乎全部被压溃。如果此时的电极压溃。如果此时的电极压力不足，就会产生凸压力不足，就会产生凸点位移现象。由图中看点位移现象。由图中看出，流过预热电流时，出，流过预热电
34、流时，凸点是较为缓慢地被压凸点是较为缓慢地被压溃；仅是预热电流，凸溃；仅是预热电流，凸点还不能完全被压溃，点还不能完全被压溃，只有在随后通焊接电流只有在随后通焊接电流时，凸点才开始急剧地时，凸点才开始急剧地被压塌。被压塌。焊核生长阶段焊核生长阶段 凸点被完全压溃的凸点被完全压溃的同时，便开始了焊核的同时，便开始了焊核的生长期。焊接接头受热生长期。焊接接头受热熔化而生成焊核，因其熔化而生成焊核，因其体积膨胀要把电极向上体积膨胀要把电极向上推，但由于焊机加压结推，但由于焊机加压结构中有摩擦力阻止焊核构中有摩擦力阻止焊核的膨胀，而使电极压力的膨胀，而使电极压力反而增大。此现象与点反而增大。此现象与点
35、焊相同。断电后，因焊焊相同。断电后，因焊核冷凝收缩电极又再次核冷凝收缩电极又再次下移。下移。 上图是用同样的规范焊接而无预热电流的情上图是用同样的规范焊接而无预热电流的情况。因凸点在况。因凸点在12周便被压溃，所以在通电瞬间，周便被压溃，所以在通电瞬间，电极压力便降低。当焊核急剧生长而产生飞溅时，电极压力便降低。当焊核急剧生长而产生飞溅时，则电极压力再次降低，随着焊核的生长，电极的则电极压力再次降低，随着焊核的生长，电极的运动先是上移，然后瞬间下移。运动先是上移，然后瞬间下移。第三节第三节 凸焊工艺规范凸焊工艺规范 凸焊规范参数有焊接电流、焊接时间、电极力凸焊规范参数有焊接电流、焊接时间、电极
36、力等。凸焊时，由于电极工作面尺寸远大于熔核直径，等。凸焊时，由于电极工作面尺寸远大于熔核直径，电极尺寸对电流场分布和焊接过程的进行无明显影电极尺寸对电流场分布和焊接过程的进行无明显影响，因此电极尺寸不作为凸焊的工艺参数。响，因此电极尺寸不作为凸焊的工艺参数。1。焊接时间。焊接时间焊接时间对熔核尺寸与接头强度的影响规律焊接时间对熔核尺寸与接头强度的影响规律与点焊基本相同。在焊机容量足够的条件下，与点焊基本相同。在焊机容量足够的条件下，随着焊接时间的增长，熔核尺寸与接头强度随着焊接时间的增长，熔核尺寸与接头强度增大。但这种增大是有限的，因为熔核尺寸增大。但这种增大是有限的，因为熔核尺寸的增大将形成
37、后期喷溅，使接头质量下降。的增大将形成后期喷溅，使接头质量下降。2。焊接电流。焊接电流 焊接电流与焊焊接电流与焊接时间的影响类似。接时间的影响类似。随着电流的增大，随着电流的增大，熔核尺寸与接头强熔核尺寸与接头强度的变化如图所示。度的变化如图所示。凸焊时，无熔核的凸焊时，无熔核的固相焊有一定的接固相焊有一定的接头强度，故因焊接头强度，故因焊接电流变化引起接头电流变化引起接头强度的变化比点焊强度的变化比点焊时小。时小。3。电极压力。电极压力 电极力的大小，同时影响析热与散热。在电极力的大小，同时影响析热与散热。在其它参数不变时，电极力增大，焊接熔核尺寸其它参数不变时，电极力增大，焊接熔核尺寸与接
38、头强度减小。为了保持一定的熔核尺寸与与接头强度减小。为了保持一定的熔核尺寸与接头强度，在提高电极力的同时，需要相应增接头强度，在提高电极力的同时，需要相应增大焊接电流或通电时间。熔核上的电极压强应大焊接电流或通电时间。熔核上的电极压强应在允许调节的范围内。一般比点焊窄得多。电在允许调节的范围内。一般比点焊窄得多。电极压强小于允许值，产生喷溅；压强过大，不极压强小于允许值，产生喷溅；压强过大，不但能破坏焊接过程的稳定性，也能使凸点瞬时但能破坏焊接过程的稳定性，也能使凸点瞬时压溃，破坏了正常的焊接过程。为此，电极压压溃，破坏了正常的焊接过程。为此，电极压强与压下的速度应大小合适，又平稳而无冲击。强
39、与压下的速度应大小合适，又平稳而无冲击。 凸焊规范的特点同样由凸焊规范的特点同样由焊接电流与通电时间的不同焊接电流与通电时间的不同匹配决定。在熔核尺寸稳定匹配决定。在熔核尺寸稳定即等于常数的条件下，焊接即等于常数的条件下，焊接电流与通电时间关系见图。电流与通电时间关系见图。图中，图中， I区为过硬的焊接规区为过硬的焊接规范区，范区，II区为正常焊接规范区为正常焊接规范区，区，III区为过软的焊接规范区为过软的焊接规范区。由于凸焊时，产生早期区。由于凸焊时，产生早期飞溅的倾向大，通常不允许飞溅的倾向大，通常不允许采用过硬的规范。过软的规采用过硬的规范。过软的规范即曲线近水平部分，对电范即曲线近水
40、平部分，对电流的被动比较敏感，易出现流的被动比较敏感，易出现软化区过宽、组织过热现软化区过宽、组织过热现象因此焊接规范应在象因此焊接规范应在II区区选取为宜。选取为宜。第四节第四节 凸焊设备的机械性能与接头质量的关系凸焊设备的机械性能与接头质量的关系 凸焊与点焊相比，其不同点只是在焊件上压出凸点或在焊件上有能使电流集中的棱边。因此在点焊机上也可完成凸焊工作。然而在很多点同时焊接的情况下，还需要使用专门的凸焊。因为焊接一点的电流、压力尽管可以小些，但焊点数目增多后就需要高的电极压力及大得多的焊接电流，以就要求有能承受高电极压力，即能保持高的机械精度，并能提供大的焊接电流的凸焊机。凸焊机的臂伸较短
41、，机身的刚性比点焊机大，功率也较大。一般情况，凸焊机的电极均制成带T形槽的台板，供安装适合于不同焊件的焊接胎夹具。 在点焊时，由于焊件受热膨胀向上顶推电极，电极压力实际上是增大了。此时电极只有微小的位移，故对电极的随动性要求不高。但凸焊时，若电极不能随着凸点的压溃而跟随活动，则会由于电极压力的不足而产生飞溅。所以，特别要求凸焊机压力机构的随动性要好，所采取的措施是在其可动部分采用滚珠结构，以减小摩擦。 焊机压力传动机构动态特性差，也会引起凸点过早压平焊机压力传动机构动态特性差，也会引起凸点过早压平甚至熔化。焊头运动时摩擦力大、焊头本身质量大因而惯性甚至熔化。焊头运动时摩擦力大、焊头本身质量大因
42、而惯性大，都会在焊点压平过程中使实际压紧力减小。因此，要尽大，都会在焊点压平过程中使实际压紧力减小。因此，要尽量减小摩擦力、减轻可动部分质量、增大外力，还要使加热量减小摩擦力、减轻可动部分质量、增大外力，还要使加热更加平稳。但是，凸点过于缓慢被压平也不好，因为它阻碍更加平稳。但是，凸点过于缓慢被压平也不好，因为它阻碍了零件间间隙的缩小。了零件间间隙的缩小。 在多点凸焊时，凸点的一致性、在各凸点上保持一样的在多点凸焊时，凸点的一致性、在各凸点上保持一样的电流密度和压力，具有特别的意义。各个凸点高度不一致、电流密度和压力，具有特别的意义。各个凸点高度不一致、电极的倾斜、电极工作表面的磨耗以及焊机机
43、臂刚度不足，电极的倾斜、电极工作表面的磨耗以及焊机机臂刚度不足，都会造成接头强度的严重波动。作为电极用的平台，不平行都会造成接头强度的严重波动。作为电极用的平台，不平行度不得超过度不得超过0.25毫米毫米(两个边缘凸点之间两个边缘凸点之间)；最好使用调幅使电；最好使用调幅使电流幅值平稳上升、也可以用附加脉冲进行预热或者对凸点施流幅值平稳上升、也可以用附加脉冲进行预热或者对凸点施加轻微的预压，使各凸点取得比较一致的接触状况，然后通加轻微的预压，使各凸点取得比较一致的接触状况，然后通以焊接的大电流。以焊接的大电流。第五节第五节 凸点的选择与制备凸点的选择与制备 目前以半球形及圆锥形凸点应用最为目前
44、以半球形及圆锥形凸点应用最为广泛。后一种可以提高凸点的刚度，预防广泛。后一种可以提高凸点的刚度，预防凸点过早压溃，还可以减小因焊接电流线凸点过早压溃，还可以减小因焊接电流线过于密集而发生的喷溅。为防止压蹋的凸过于密集而发生的喷溅。为防止压蹋的凸点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电流密度的降低，也可以采用带溢出环形槽流密度的降低，也可以采用带溢出环形槽的凸点。凸点按凸焊结构的差异有球形的凸点。凸点按凸焊结构的差异有球形(或圆锥形或圆锥形)、条形、环形和交叉丝等，凸、条形、环形和交叉丝等，凸焊结构实例如下图所示。焊结构实例如下图所示。凸焊结构实例凸焊结构实例 对
45、于凸点尺寸，不同资料上推荐的数据对于凸点尺寸，不同资料上推荐的数据差别很大。不过，研究结果表明，凸点尺寸差别很大。不过，研究结果表明，凸点尺寸与焊接接头尺寸和强度之间没有单一的内在与焊接接头尺寸和强度之间没有单一的内在联系，当正确选用规范参数时，联系，当正确选用规范参数时， d、h的变的变化对焊接结果影响不大。因此，凸点尺寸的化对焊接结果影响不大。因此，凸点尺寸的选用没有必要严格规定，通常可按具体情况选用没有必要严格规定，通常可按具体情况选取。表中给出的凸点尺寸，可用于一般情选取。表中给出的凸点尺寸，可用于一般情况的凸焊。况的凸焊。缝焊缝焊缝焊：缝焊： 焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚焊件
46、装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。缝焊的分类及应用缝焊的分类及应用1.连续缝焊连续缝焊缝焊焊接循环示意图缝焊焊接循环示意图机一电特点为：滚轮电极机一电特点为：滚轮电极连续旋转、焊件等速移动，连续旋转、焊件等速移动，焊接电流连续通过，每半焊接电流连续通过，每半个周波形成一个焊点个周波形成一个焊点.连续缝焊设备简单连续缝焊设备简单(例如，例如，FN-25型缝焊机型缝焊机)、生产率、生产率高，一般焊接速度为高，一般焊接速度为10 20mmin。但由
47、于上述。但由于上述机一电特点，缝焊中滚轮机一电特点，缝焊中滚轮电极表面和焊件表面均有电极表面和焊件表面均有强烈过热，焊接质量变坏强烈过热，焊接质量变坏及电极磨损严重，该方法及电极磨损严重，该方法的实际可用性却很有限。的实际可用性却很有限。2. 断续缝焊断续缝焊机一电特点为：滚轮电极机一电特点为：滚轮电极连续旋转、焊件等速移动，连续旋转、焊件等速移动，焊接电流断续通过，每焊接电流断续通过，每“通通-断断”一次，形成一个一次，形成一个焊点。焊点。断续缝焊在生产中得到最断续缝焊在生产中得到最广泛地应用，焊接电流采广泛地应用，焊接电流采用工频交流或电容贮能电用工频交流或电容贮能电流波形流波形(频率可调
48、频率可调)，用以制，用以制造黑色金属气密、水密和造黑色金属气密、水密和油密焊缝，缝焊速度一般油密焊缝，缝焊速度一般为为0.54.3mmin。例如。例如FNl-150型缝焊机，即属此型缝焊机，即属此类。类。缝焊焊接循环示意图缝焊焊接循环示意图3.步进缝焊步进缝焊 机电特点为：滚轮电机电特点为：滚轮电极断续旋转、焊件相极断续旋转、焊件相应断续移动，焊接电应断续移动，焊接电流在电极与焊件皆为流在电极与焊件皆为静止时通过。焊点静止时通过。焊点形成后，滚轮电极重形成后，滚轮电极重新旋转，传动焊件前新旋转，传动焊件前移一定距离移一定距离(步距步距)，每每“通一移通一移”一次形一次形成一个焊点。成一个焊点。
49、 步进缝焊是一种高质量的缝焊方法，焊接电流采用直步进缝焊是一种高质量的缝焊方法，焊接电流采用直流冲击波、三相低频和次级整流电流波形，用以制造铝合流冲击波、三相低频和次级整流电流波形，用以制造铝合金、镁合金等的密封焊缝，缝焊速度一般较低，但为金、镁合金等的密封焊缝，缝焊速度一般较低，但为0.20.6mmin。缝焊焊接循环示意图缝焊焊接循环示意图对缝焊质量的一般要求对缝焊质量的一般要求 缝焊主要应用在薄壁容器的制造上，因此接头的缝焊主要应用在薄壁容器的制造上，因此接头的质量要求首先是应具有良好的密封性和耐蚀性。通常质量要求首先是应具有良好的密封性和耐蚀性。通常在材料焊接性良好时，缝焊接头的静载强度
50、不低于母在材料焊接性良好时，缝焊接头的静载强度不低于母材金属，因为焊缝的截面积通常是母材纵截面的材金属，因为焊缝的截面积通常是母材纵截面的2倍以倍以上上(板愈薄这个比率愈大板愈薄这个比率愈大)，破坏必然发生在母材热影响，破坏必然发生在母材热影响区上。因此，缝焊结构很少强调接头强度，通常以能区上。因此，缝焊结构很少强调接头强度，通常以能通过枕形件通过枕形件(密封性密封性)压力试验即可。缝焊接头的应力分压力试验即可。缝焊接头的应力分布比点焊接头均匀，但是与其它缝焊布比点焊接头均匀，但是与其它缝焊(指熔焊指熔焊)方法相比，方法相比，电阻缝焊接头疲劳寿命较短。电阻缝焊接头疲劳寿命较短。 缝焊时的电流场
