1、LOGO焊接成型原理焊接成型原理长春工业大学材料科学与工程学院长春工业大学材料科学与工程学院课件制作：徐世伟课件制作：徐世伟指导教师：刘耀东指导教师：刘耀东 第八章 电阻焊连接原理 8.18.28.38.48.5 8.6Contents 8.1 概述概述 电阻焊电阻焊(Resistance Welding）是焊件组合后通）是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临近区域过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热进行焊接的方法。产生的电阻热进行焊接的方法。 电阻焊的物理本质，是利用焊接区金属本身的电阻热电阻焊的物理本质，是利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变
2、形能量，使两个分和大量塑性变形能量，使两个分 离表面的金属原子之间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。共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头。 图图8-1 电阻焊分类与组合电阻焊分类与组合Contents8 .2 点焊点焊(Spot Welding)8 .2.1 点焊时的电流场分布点焊时的电流场分布 8.2.2 点焊时的电阻点焊时的电阻 降段降段(t0t1)，加热开始几周波内，由于接触电阻迅速下，加热开始几周波内，由于接触电阻迅速下降，动态电阻也呈陡降趋势，此时焊接区加热但未熔化
3、降，动态电阻也呈陡降趋势，此时焊接区加热但未熔化; 上升段上升段(t1t2)，随着加热温度升高，焊件的电阻率增加，随着加热温度升高，焊件的电阻率增加，Rw迅速增加，使动态电阻也迅速增加。在接近迅速增加，使动态电阻也迅速增加。在接近t2时，由时，由于电阻率增加速率减小，动态电阻也缓慢增加直至最大值，于电阻率增加速率减小，动态电阻也缓慢增加直至最大值，此时焊接区金属已局部熔化，形成熔核，并逐步长大此时焊接区金属已局部熔化，形成熔核，并逐步长大; 再次下降段再次下降段(t2t3)，由于金属软化及绕流现象，使接触，由于金属软化及绕流现象，使接触面迅速增大且局部导电截面增加，动态电阻再次下降面迅速增大且
4、局部导电截面增加，动态电阻再次下降; 平稳段平稳段(t3以后以后)，此时电流场和温度场均进人准稳态，熔，此时电流场和温度场均进人准稳态，熔核及塑性环尺寸基本不变，动态电阻也趋于稳定值。核及塑性环尺寸基本不变，动态电阻也趋于稳定值。上所形成的电流场，共同影响点焊时的加热特点及焊接温上所形成的电流场，共同影响点焊时的加热特点及焊接温度场的形态和变化规律。由焊接区的电流场和电阻产生的度场的形态和变化规律。由焊接区的电流场和电阻产生的热量，在焊接区形成了特定的温度分布。两块无限大板点热量，在焊接区形成了特定的温度分布。两块无限大板点焊，采用圆形电极时，点焊温度场的热传导微分方程为焊，采用圆形电极时，点
5、焊温度场的热传导微分方程为（89） 通电加热阶段通电加热阶段固定式通用点焊机固定式通用点焊机固固定定式式专专用用多多点点焊焊机机移移动动式式点点焊焊机机轻轻便便式式点点焊焊机机标准电极帽的五种形式标准电极帽的五种形式（下图）电极与电极握杆的结合形电极与电极握杆的结合形式式电极通常用铜合金制造。 电阻焊各种形式的电极电阻焊各种形式的电极注意电极的拆装及修磨方法。注意电极的拆装及修磨方法。Contents8.3 凸焊凸焊 (Projection Welding)图图14 凸焊接头形成过程中凸焊接头形成过程中 的参数变化的参数变化 Contents 8 .4 缝焊缝焊(Seam Welding) （
6、2）电流脉冲时间）电流脉冲时间t和脉冲间隔时间和脉冲间隔时间t0 缝焊时，可通过缝焊时，可通过t来控制熔核尺寸，调整来控制熔核尺寸，调整t0来控制熔来控制熔核的重叠量，因此，二者应有适当的配合。一般来说，在核的重叠量，因此，二者应有适当的配合。一般来说，在用较低的焊速缝焊时，用较低的焊速缝焊时，t/t0 =1.252,可获得良好结果。可获得良好结果。而随着焊速增大将引起点距加大、重叠量降低，为保证焊而随着焊速增大将引起点距加大、重叠量降低，为保证焊缝的密封性，必将提高缝的密封性，必将提高t/t0值。因此，在采用较高焊速缝值。因此，在采用较高焊速缝焊时焊时t/t0 =3 或更高。或更高。 随着脉
7、冲间隔时间随着脉冲间隔时间t0的增加，焊透率及重叠量均下降。的增加，焊透率及重叠量均下降。（3） 电极压力电极压力Fw 考虑缝焊时压力作用不充分，电极压力应比点焊时增考虑缝焊时压力作用不充分，电极压力应比点焊时增加加20%50%，具体数值视材料的高温塑性而定。，具体数值视材料的高温塑性而定。 电极压力增大时，将使熔核宽度显著增加、重叠量电极压力增大时，将使熔核宽度显著增加、重叠量下降，破坏了焊缝的密封性，特别是在焊接电流较小时其下降，破坏了焊缝的密封性，特别是在焊接电流较小时其作用更大。电极压力对焊透率的影响较小。作用更大。电极压力对焊透率的影响较小。（4）焊接速度）焊接速度w 焊接速度是缝焊
8、过程中的一个重要参数，其大小决定焊接速度是缝焊过程中的一个重要参数，其大小决定了焊轮电极与焊缝上各点作用时间的长短，从而影响了加了焊轮电极与焊缝上各点作用时间的长短，从而影响了加热时间、电极压力作用效果及焊轮对焊件的冷却效果等。热时间、电极压力作用效果及焊轮对焊件的冷却效果等。 焊接速度越小，加热越平缓，对焊件的加压效果越好，焊接速度越小，加热越平缓，对焊件的加压效果越好，对焊件表面的冷却效果也越好，从而提高了焊缝质量和电对焊件表面的冷却效果也越好，从而提高了焊缝质量和电极寿命。在同样条件下，增加焊接速度会使焊点重叠量减极寿命。在同样条件下，增加焊接速度会使焊点重叠量减小，焊缝强度降低。小，焊
9、缝强度降低。 通常可根据被焊工件的材料和厚度来选择合适的焊接通常可根据被焊工件的材料和厚度来选择合适的焊接速度，研究表明，随着板厚的增加缝焊速度必须减慢。一速度，研究表明，随着板厚的增加缝焊速度必须减慢。一般焊速在般焊速在3m/min以内，连续缝焊时也不大于以内，连续缝焊时也不大于14m/min 焊焊接速度与焊接电流、电极力的配合关系如图接速度与焊接电流、电极力的配合关系如图8-17。 焊速过快、电流过小，会出现未焊透现象焊速过快、电流过小，会出现未焊透现象;焊速慢、电焊速慢、电流过大，则会出现过热现象。流过大，则会出现过热现象。Contents 8 .5 对焊（对焊（Welding Neck
10、 ） （8-15）图图8-18 对焊等效电路对焊等效电路 m与焊件直径与焊件直径D及焊接电流密度及焊接电流密度j的大小有关，随的大小有关，随D增加，增加， m增加增加;随着随着j增加，增加，m减小减小;当当D2025mm (钢件钢件)时，趋时，趋表效应的影响可以忽略。表效应的影响可以忽略。 通电加热阶段，由于焊接区温度不断升高使金属塑性增加、通电加热阶段，由于焊接区温度不断升高使金属塑性增加、电阻增大，前者引起压力曲线逐渐下降，后者引起电流曲电阻增大，前者引起压力曲线逐渐下降，后者引起电流曲线逐渐降低。线逐渐降低。 顶锻阶段顶锻有两种方式，一是顶锻阶段顶锻有两种方式，一是顶锻力等于焊接压力顶锻
11、力等于焊接压力，二，二是是顶锻力大于焊接压力顶锻力大于焊接压力。等压力方式使加压机构简单，但。等压力方式使加压机构简单，但锻压效果不如变压力方式好。变压力方式主要用于合金钢、锻压效果不如变压力方式好。变压力方式主要用于合金钢、有色金属及其合金的电阻对焊。有色金属及其合金的电阻对焊。 由由 (2)焊接电流密度焊接电流密度j和焊接时间和焊接时间t 闪光对焊焊接区总电阻仍可用闪光对焊焊接区总电阻仍可用R = Rc + 2Rw 表表示。焊件内部电阻亦可由式示。焊件内部电阻亦可由式(8一一16)近似估算。闪光对近似估算。闪光对焊时的接触电阻焊时的接触电阻Rc取决于同一时间内对口端面上存在的取决于同一时间
12、内对口端面上存在的液体过梁数目，它们的横截面面积以及各过梁上电流线收液体过梁数目，它们的横截面面积以及各过梁上电流线收缩所引起的电阻增加。缩所引起的电阻增加。Rc可按以下经验公式近似予以计可按以下经验公式近似予以计算算 闪光对焊时的接触电阻闪光对焊时的接触电阻Rc较大，在焊钢时约为较大，在焊钢时约为100 1500，并在闪光过程中始终存在。随着闪光过程的，并在闪光过程中始终存在。随着闪光过程的进行，进行，Rc减小，减小，2Rw 增大，总电阻则呈下降趋势增大，总电阻则呈下降趋势(图图8一一22)。顶锻开始时由于两零件端面相互接触、。顶锻开始时由于两零件端面相互接触、 2.闪光对焊过程分析闪光对焊
13、过程分析 连续闪光对焊焊接循环由闪光、顶锻、保持、休止等程序连续闪光对焊焊接循环由闪光、顶锻、保持、休止等程序组成，预热闪光对焊则在其焊接循环中尚设有预热程序，组成，预热闪光对焊则在其焊接循环中尚设有预热程序，闪光对焊焊接循环见图闪光对焊焊接循环见图8-23。 (1)闪光阶段闪光阶段 接通电源并使两焊件端面轻微接触，对口间将形成许多具接通电源并使两焊件端面轻微接触，对口间将形成许多具有很大电阻的小触点，在很大电流密度的加热下，触点瞬有很大电阻的小触点，在很大电流密度的加热下，触点瞬间熔化而形成连接对口两端面的液体金属小桥，称为过梁。间熔化而形成连接对口两端面的液体金属小桥，称为过梁。 由于液态
14、金属电阻率很高，通过的电流密度又大，因由于液态金属电阻率很高，通过的电流密度又大，因而过梁加热非常剧烈，金属瞬间加热到沸腾温度，激烈汽而过梁加热非常剧烈，金属瞬间加热到沸腾温度，激烈汽化，在蒸气压力作用下过梁爆破，液态金属微滴以超过化，在蒸气压力作用下过梁爆破，液态金属微滴以超过60m/s的速度从对口间隙抛射出来，形成火花急流一闪的速度从对口间隙抛射出来，形成火花急流一闪光，同时在端面上留下火坑。光，同时在端面上留下火坑。 当一个过梁爆破后，电流在剩余的过梁中重新分配当一个过梁爆破后，电流在剩余的过梁中重新分配,使电流密度增加，又促使其它过梁爆破。焊件继续移近，使电流密度增加，又促使其它过梁爆
15、破。焊件继续移近，新的过梁不断形成，不断爆破。闪光的形成实质就是液体新的过梁不断形成，不断爆破。闪光的形成实质就是液体过梁不断形成和爆破过程，并在此过程中析出大量的热。过梁不断形成和爆破过程，并在此过程中析出大量的热。 闪光的作用是用来加热焊件，并烧掉焊件端面闪光的作用是用来加热焊件，并烧掉焊件端面_卜的卜的脏物和不平脏物和不平;另外，液体过梁爆破时产生的金属蒸气及气另外，液体过梁爆破时产生的金属蒸气及气体减少了空气对对口间隙的侵人，形成自保护体减少了空气对对口间隙的侵人，形成自保护;闪光后期闪光后期在端面上所形成的液体金属层，也为顶锻时排除氧化物和在端面上所形成的液体金属层，也为顶锻时排除氧
16、化物和过热金属提供了有利条件。过热金属提供了有利条件。 (2)顶锻阶段顶锻阶段 闪光后期，对焊件施加顶锻力，使烧化端面紧密接触。闪光后期，对焊件施加顶锻力，使烧化端面紧密接触。顶锻阶段由有电顶锻和无电顶锻两部分组成。顶锻的作顶锻阶段由有电顶锻和无电顶锻两部分组成。顶锻的作用是用是: 封闭对口间隙，挤平因过梁爆破面留下的火口封闭对口间隙，挤平因过梁爆破面留下的火口; 彻底排除端面上的液体金属层，使焊缝中不残留铸造组彻底排除端面上的液体金属层，使焊缝中不残留铸造组织织; 排除过热金属及氧化夹杂，造成洁净金属的紧密贴合排除过热金属及氧化夹杂，造成洁净金属的紧密贴合; 使对口和临近区域获得适当的塑性变形，促进焊缝再结使对口和临近区域获得适当的塑性变形，促进焊缝再结晶过程。晶过程。 Contents 8.6 电阻焊连接的质量检电阻焊连接的质量检验验 本章小结本章小结
