电阻焊机培训教材.doc

第一章 第一节 概述第一章 引 言第一节 概 述电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊点焊时，工件只在有限的接触面上，即所谓“点〞上被焊接起来，并形成扁球形的熔核点焊又可分为单点焊和多点焊多点焊时,使用两对以上的电极，在同一工序内形成多个熔核凸焊是点焊的一种变型在一个工件上有预制的凸点凸焊时，一次可在接头处形成一个或多个熔核电阻焊有以下优点：（1） 熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单（2） 加热时间短、热量集中故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序3） 不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、氦等焊接材料，焊接本钱低4） 操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件5） 生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离电阻焊缺点：（1） 目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。

2） 点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，且因在两板间熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低3） 设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备本钱较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的工常运行随着航空航天、电子、汽车、家用电器等工业的开展，电阻焊越来越受到社会的重视，同时，对电阻焊的质量也提出了更高的要求．可喜的是，我国微电子技术的开展和大功率可控硅、整流器的开发，给电阻焊技术的提高提供了条件目前我国已生产了性能优良的次级整流焊机．由集成元件和微型计算机制成的控制箱已用于新焊机的配套和老焊机的改造恒流、动态电阻，热膨胀等先进的闭环监控技术已开始在生产中推广应用这一切都将有利于提高电阻焊质量，并扩大其应用领域第一章 第二节 电阻焊根本原理第二节 电阻焊根本原理一． 焊接热的产生及影响产热的因素点焊时产生的热量由下式决定：Q =I2Rt〔J〕 〔1〕式中 Q——产生的热量〔J〕I——焊接电流〔A〕R——电极间电阻〔Ω〕t——焊接时间〔s〕1． 电阻R及影响R的因素式〔1〕中的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。

R＝2Rw+Rc+2Rew 〔2〕当工件和电极已定时，工件的电阻取决于它的电阻率由此，电阻率是被焊材料的重要性能．电阻率高的金属其导热性差〔如不锈钢〕，电阻率低的金属其导热性好〔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，前者可以用较小电流〔几千安培〕，后者就必须用很大电流〔几万安培〕电阻率不仅取决于金属种类，还与金属的热处理状态和加工方式有关通常金属中含合金元素越多，电阻率就越高淬火状态的又比退火状态的高例如退火状态的LY12铝合金电阻率为4.3μΩ·cm，淬火时效的那么高达7.3μΩ·cm金属经冷作加工后，其电阻率也增高各种金属的电阻率还与温度有关，随着温度的升高电阻率增高，并且金属熔化时的电阻率比熔化前高1～2倍随着温度升高，除电阻率增高使工件电阻增高外同时金属的压溃强度降低，使工件与工件、工件与电机间的接触面增大，因而引起工件电阻减小点焊低碳钢时在两种矛盾着的因素影响下，加热开始时工件电阻逐渐增高熔核形成时又逐渐降低这一现象，给当前已开始应用于生产的动态电阻监控提供了依据电极压力变化将改变工件与工件、工件与电极问的接触面积，从而也将影响电流线的分布。

随着电极压力的增大，电流线的分布将较分散，因之工件电阻将减小熔核开始形成时，由于熔化区的电阻增大，将迫使更大局部电流从其周围的压接区〔塑性焊接环〕流过使该区再陆续熔化，熔核不断扩展，但熔核直径受电极端面直径的制约，一般不超过电极端面直径的20%，熔核过分扩展，将使塑性焊接环因失压而难以形成，而导致熔化金属的溅出〔飞溅〕第一章 第二节 电阻焊根本原理式〔2〕中的接触电阻Rc由两方面原因形成：（1） 工件和电极外表有高电阻系数的氧化物或脏物层，使电流受到较大阻碍过厚的氧化物和脏物层甚至会使电流不能导通2） 在外表十分洁净的条件下，由于外表的微观不平度，使工件只能在粗糙外表的局部形成接触点在接触点处形成电流线的收拢，由于电流通道的缩小而增加了接触处的电阻电极压力增大时．粗糙外表的凸点将被压溃凸点的接触面增大，数量增多，外表上的氧化膜也更易被挤破温度升高时，金属的压溃强度降低〔低碳钢600℃时，铝合金350℃时，压溃强度趋于0〕，即使电极压力不变，也会有凸点接触面增大、数量增多的结果可见，接触电阻将随电极压力的增大和温度的升高而显著减小因此，当外表清理十分洁净时，接触电阻仅在通电开始极短的时间内存在，随后就会迅速减小以至消失。

接触电阻尽管存在的时间极短，但在以很短的加热时间点焊铝合金薄件时，对熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有非常显著的影响Rew与Rc相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此Rew比Rc更小，对熔核形成的影响也更小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之，在点焊过程中，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回路的几何形状变化或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊接热，从而使接头强度显著下降随着电流的增大，熔核尺寸和接头的抗剪强度将增大〔如图1〕图中曲线的陡峭段AB，相当于未熔化焊接，倾斜段BC，相当于熔化焊接接近C点处，抗剪强度增加缓慢，说明电流的变化对抗剪强度影响小因此，点焊时应选用接近C点的电流越过C点后，由于飞溅或工件外表压痕过深，抗剪强度会明显降低最近几年已逐渐应用于生产的恒流闭环监控技术，能有效地克服网压波动和次级回路阻抗变化的影响，分流影响也能以计算机自动调整相邻各点的焊接电流来解决，使焊点强度的稳定性有较可靠的保证。

图1 焊接电流Iw对焊点抗剪强度Fτ的影响第一章 第二节 电阻焊根本原理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互为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，又称强标准〕，也可以采用小电流和长时间〔弱条件，又称弱标准〕选用强条件还是弱条件，那么取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率但对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都仍有一个上、下限，超过此限，将无法形成合格的熔核4． 电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻R有显著影响，随着电极压力的增大，R显著喊小此时焊接电流虽略有增大，但不能影响因R减小而引起的产热的减少因此，焊点强度总是随着电极压力的增大而降低在增大电极压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低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，因而电极的形状和材料对熔核的形成有显著的影响随着电极端头的变形和磨损，接触面积将增大，焊点强度将降低。

6． 工件外表状况的影响工件外表上的氧化物、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，那么会产生飞溅和外表烧损氧化物层的不均匀性还会影响各个焊点加热的不一致，引起焊接质量的波动因此，彻底清理工件外表是保证获得优质接头的必要条件二． 热平衡、散热及温度分布点焊时，产生的数量Q只有较小局部用于形成熔核，较大局部将因向邻近物质的传导和辐射面损失掉其热平衡议程式如下：Q = Q1 + Q2式中 Q1——形成熔核的热量；Q2——损失的热量有效热量Q1取决于金属的热物理性质及熔化金属量，而与所用的焊接条件无关Q1≈10～30%Q电阻率低、导热性好的金属〔铝、铜合金等〕取低限电阻率高、导热性差的金属〔不锈钢、高温合金等〕取高限损失的热量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〕辐射到大气中的热量只约占5%，可以忽略不计通过电极传导的热量是主要的散热损失，它与电极的材料、形状、冷却条件，以及所采用的焊接条件有关例如采用硬条件的热损失，就要比采用软条件小得多第一章 第二节 电阻焊根本原理由于损失的热量随焊接时间的延长和金属温度的升高而增加，因此，当焊接电流缺乏时，只延长焊按时间，会在某一时刻到达热量的产生与散失相平衡，继续延长焊接时间，将无助于熔核的增大。

这说明了用小功率焊机不能焊接厚钢板和铝合金的原因在不同厚度工件的点焊中，还可以通过控制电极的散热〔改变电极的材料或接触面积，采用附加垫片等〕，以改善熔核的偏移、增加薄件一侧的焊透率焊接区的温度分布是产热与散热的综合结果最高温度总是处于焊接区中心，超过被焊金属熔点Tm的局部形成熔化核心核内温度可能大超过Tm〔焊钢时超出200～300℃〕，但在电磁力的强烈搅动下，进一步升高是困难的由于电极的强烈散热，温度从核界到工件外外表降低得很快外外表上的温度通常不超过〔～〕Tm 温度在径向内也随着离开核界的距离而比拟迅速地降低被焊金属的导热性越好、所用条件越软，这种降低就越平缓，温度梯度也越小缝焊时，由于熔核不断形成，对已焊部位起到后热作用，未焊部位起到预热作用，故缝焊时的温度分布要比点焊时平坦，又因已焊部位有分流加热，以及由于滚盘离开后散热条件变坏的影响，因此，沿度分布沿工件前进方向前后不对称，刚从滚盘下离开的金属温度较高焊接速度越大，那么散热条件越坏，预热作用越小，因之温度分布不对称的现象越明显采用硬条件或步进缝焊能够改善这种现象，使温度分布更接近点焊温度分布曲线越平坦，那么接头的接影响区越大，工件外表越容易过热，电极越容易磨损，因此，在焊机功率允许的条件下，宜采用硬条件焊接。

三． 小结大多数的电阻焊是在数十个周期的极短的时间内完成的，面且因为是发生在金属接触内部的现象，很难在焊接中边观察边控制电流以及其他影响焊接的诸因素，因此，实际焊按时都是通过对以下图的诸因素进行事前研究、把握、实验、观察来决定最适用的组合条件※ 焊接电流、加压力、通电时间被称为电阻焊接的三大要素第一章 第二节 电阻焊根本原理焊接电流由于电阻产生的热量与通过的电流的平方成正比，因此焊接电流是产生热量的最重要的因素焊接电流的重要性还不单纯指焊接电流的大小，电流密度的上下也是很重要的加压力加压力是热量产生的重要因素加压力是施加给焊接处的机械力量，通过加压力使接触电阻减少，使电阻值均匀，可防止焊接时的局部加热，使焊接效果均匀通电时间通电时间也是产生热量的重要因素通电产生的热量通过传导来释放，即使总的热量一定，由于通电时间的不同，焊接处的最高温度就不同，焊接结果也不一样。