第1章-电阻焊的加热..ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,*,电阻焊（,resistance welding,）：,,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邻近区域产生的,电阻热,进行焊接的方法又称接触焊电阻焊的物理本质：,,利用焊接区,金属本身的电阻热,和,大量塑性变形能量,，使两个分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共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头因此，适当的热,——,机械（力）作用是获得电阻焊优质接头的基本条件第一章 电阻焊的加热,电阻焊分类,1.1,电阻焊的热源及其特点,电阻焊的热源是,电阻热,电流的热效应：导体电阻吸收的电能转换成热能,电阻焊时，当焊接电流通过两电极间的金属区域,——,焊接区时，由于焊接区具有电阻，亦会析热，并在焊件内部形成热源,——,内部热源,一、电阻焊的热源,根据焦耳定律，焊接区的总析热量,,Q=I,2,Rt (1—1),,式中,I——,焊接电流的有效值；,,,R——,焊接区总电阻的平均值；,,,t——,焊接电流的时间。

1—4),由于在电阻焊过程中，焊接电流和焊接区电阻并非保持不变，因此焊接热源总析热量,的确切表达式为：,焊接区示意图和等效电路图,,a),点焊,b),对焊,,R—,焊接区总电阻,,R,ew,—,电极与焊件间接触电阻,,R,w,—,焊件内部电阻,,R,c,—,焊件间接触电阻,对于点焊和缝焊，焊接热源总析热量还可以写成,——,焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间的函数；,,——,电极与焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间的函数；,,——,焊件内部电阻的动态电阻值，是时间的函数对于对焊，由于夹钳电极对焊件的夹紧力很大，所以电极与焊件间接触电阻很小同时，该电阻又远离接合面，其析热对加热过程所起作用甚小，可忽略不计故,二、电阻焊热源的特点,,电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源（电弧、气体火焰）相比，对焊接区的,加热更加迅速、集中电阻焊的加热过程与金属,材料的热物理性质,（尤其是材料的导电性和导热性）关系密切综上所述，电阻焊的热源是电阻热产生电阻热的内在因素是焊接区具有一定的电阻，产生电阻热的外部条件是电阻焊时焊接区要通以强大的焊接电流由于该热源产生于焊件内部，具有内部热源的特点1.2,点焊时的电阻及加热,、点焊时的电阻,R,＝,Rc,＋,2Rew,＋,2Rw,,R ——,点焊焊接区总电阻,,Rc ——,焊件接触电阻,,2Rew ——,电极与焊件间接触电阻,,2Rw ——,焊件本身的内部电阻,,,1.,接触,电阻Rc＋2Rew,接触电阻是一种,附加电阻,，通常指的是在点焊电极压力下所测定的接触面（焊件,—,焊件接触面、焊件,—,电极接触面）处的电阻值。

形成的原因：接触表面微观上的,凹凸不平,及,不良导体,（表面氧化膜、油、锈以及吸附气体层等）的存在所致接触电阻的形成,,1—,电流线,2—,实际接触点,3—,不良导体膜,影响接触电阻的主要因素：,,,(1)表面状况,,,清理方法,、加工表面的,粗糙度,及,焊前存放时间,表面清理方式,R,c,/μΩ,表面清理方式,R,c,/μΩ,酸洗,300,带有氧化铁皮和绣的表面,500000,用金刚砂轮清理表面,100,切削加工的表面,1200,方法同上，清理后敷油,300,锉加工的表面,280,方法同上，清理后又生锈,80000,研磨的表面,110,带有氧化铁皮的表面,80000,,,不同清理方法时的接触电阻Rc,,,接触电阻与电阻压力间关系（板厚δ=1mm） 1—低碳钢 2—铝合金,,(2)电极压力,,影响,金属的弹性与塑性,变形,、改变,接触面的,凹凸不平,、,,破坏,不良导体膜,电极压力对接触电阻的影响,,,,(3)加热温度,,热物理性能变化,（包括电阻、变形能力等）,,温度升高金属变形阻力下降，塑性变形增大，接触电阻急剧降低直至消失钢材温度升高到600℃、铝合金温度350℃时的接触电阻均接近为零。

加热温度,对接触电阻的影响,（a）总的电阻分配情况,,（b）动态电阻分布,,,,存放时间对接触电阻的影响,,电极压力,Fw=130N 2,—,电极压力,Fw=610N,,（测试条件：,1.,钼箔、板厚,δ=0.2mm,；,2.,表面经三氯乙烯去油后双氧水浸泡,15min,；电极材料为纯钨；,4.,空气中存放）,(,4,),存放时间,室温下的接触电阻可按以下数值关系,(,经验公式,),计算：,,,( 1—5),,式中,——,恒定系数，,F,w,＝,lkgf,时的接触电阻，,［,］单位为,Ω,；,,,F,w,——,电极压力，［,F,w,］单位为,kgf,,α——,与材抖性质有关的指数式,(1—5),中，,可由试验求得,,(,5,),接触电阻的计算,2.,焊件内部电阻,2Rw,电流场与电流密度分布,,a),导线中的电流场与电流密度分布,b),单块板中的电流场与电流密度分布,c),点焊时的电流场与电流密度分布,i——,电流线,j——,电流密度,jα——,平均电流密度,边缘效应,(fringing effect),,,电流通过板件时，其电流线在板件,(,单块板,),中间部分将向边缘扩展，使电流场呈现鼓形的现象。

显然，当焊接电流通过重叠的两焊件时，由于边缘效应，电极下的电流场将呈双鼓形电阻区域的体积要大于以电极,—,焊件接触面为底的圆柱体体积,,是一种仅与几何因素有关的物理现象,绕流现象,,点焊加热是不均匀的，焊接区内各点温度不同,(,由于热传导，通常中心温度高而向边缘温度逐浙降低,),，电阻率亦不同，这就引起焊接电流绕过较热部分金属呈现绕流现象，进一步促进电流场向边缘扩展焊件的内部电阻可由下式近似确定：,,,,(1—6),,式中,K,1,——,边缘效应引起电流场扩展的系数；,,,K,2,——,绕流现象引起电流场扩展的系数；,,,ρ,T,——,焊接区金属的电阻率；,,,δ ——,单个焊件的厚度；,,,d,0,——,电极与悍件接触面直径综上所述，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,—,捍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,2Rw,，这些因素可归纳为：金属材料的热物理性质,(ρ),、机械性能,(σ′),、点焊规范参数及特征,(,电极压力,Fw,及硬、软规范,),和焊件厚度,(δ),等。

应该指出，点焊加热过程中，焊接区这一不均匀加热的非线性空间导体，其形态和温度分布始终处于不断变化中焊件的内部电阻,2rw,也具有复杂的变化规律3,．总电阻,R,,,,不同的金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻,r,的变化规律相差甚大不锈钢、钛合金等材料呈单调下降的特性；铝及铝合金在加热初期呈迅速下降后趋于稳定；而低碳钢在点焊加热过程中其总电阻,r,的变化曲线上却明显的有一峰值金属加热状态图,,典型材料的动态电阻比较,,1—,低碳钢,2—,不锈钢,3—,铝,,低碳钢动态电阻曲线,低碳钢典型动态电阻曲线,,下降段,(t0—t1),由于接触电阻的迅速降低及消失所造成,,,上升段,(t1—t2),随着加热进行，焊接区温度升高，金属电阻率增加很快,,,再次下降段,(t2—t3),,,平稳段,(t3,以后,),实际生产中可以利用低碳钢点焊加热过程中这一电阻变化规律进行质量监测或监控，称“动态电阻法”二、点焊时的加热的影响,,,1.,电阻对点焊加热的影响,内部电阻,2Rw,的析热量约占内部热源,Q,的,90—95,％，是形成熔核的热量基础同时，内部电阻,2Rw,与其上所形成的电流场，共同影响点焊时的加热特点及焊接温度场的形态相变化规律。

点焊时的电阻是产生内部热源,——,电阻热的基础，是形成焊接温度场的内在因素2.,电流场及其对点焊加热的影响,焊接电流是产生内部热源,——,电阻热的外部条件，它通过二个途径对点焊的加热过程施加影响其一，调节焊接电流有效值的大小会使内部热源的析热量发生变化，影响加热过程；,,其二，焊接电流在内部电阻,2Rw,上所形成的电流场分布特征，将使焊接区各处加热强度不均匀，从而影响点焊的加热过程3,．点焊时的热平衡,点焊时，焊接区析出的热量,并不能全部用来熔化母材金属，其中大部分将因向邻近物质的热传导、辐射而损失掉其热平衡方程式如下：,,即,——,溶化母材金属形成熔核的热量；,,——,由于散热而损失的热量；,,——,通过电极热传导损失的热量；,,的大小取决于焊接规范特征和金属的热物理性质——,通过对流、辐射散失到空气介质中的热量一般认为，,点焊热平衡组成 焊接电流有效值计算简图,4,．点焊时的温度场,,温度场是某一时刻下焊件上各点温度的总称，是点焊加热过程中析热和散热相互作用的结果，也是最终决定熔核形状、尺寸及位置的本质因素目前用实验方法测量点焊温度场仍存在着一定困难，这不仅因为焊点尺寸小而又被粗大的电极遮盖，同时也在于温度对时间的变化非常之快和温度的分布极不均匀。

用数值法,(,采用有限单元法,),对温度场的热传导微分方程求近似解，用所得数据绘制出断电时刻温度场分布图形点焊断电时的温度场（电子计算机计算数据绘制）,熔核形状与规范特征的关系,,1——,硬规范,2——,软规范,1.3,对焊时的电阻及加热,对焊分为电阻对焊和闪光对焊二种一、电阻对焊时的电阻及加热特点,,电阻对焊焊接区总电阻,R,由焊件间接触电阻,Rc,及焊件本身的内部电阻,2Rw,共同组成,(,参见,l—1b),即,,,R,＝,Rc,十,2Rw,这里，按触电阻,R,c,与点焊时的接触电阻具有相同的特征室温下的,R,c,可用式（,1—5,）来计算，而焊接过程中的变化值，可用下式近似估算：,,,——,瞬时的接触电阻；,,,——,某瞬时间；,,,——,焊接时间焊件内电阻,2Rw,可由下式确定,：,,,式中,m——,趋表效应系数；,,,l——,焊件的调伸长度；,,,S——,焊件的截面积二、闪光对焊时的电阻及加热特点,,,,闪光对焊焊接区总电阻仍可用,R,＝,Rc+Rw,表示之焊件内部电阻亦可出式,(1—19),近似估算，,ρT,可根据闪光对焊时温度分布曲线来确定闪光对焊时的接触电阻,Rc,取决于同一时间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缩所引起的电阻增加。

Rc,可按以下经验公式近似予以计算,,（,1—24,）,,式中,K7——,考虑钢材性质的系数对碳钢、低合金钢,K7,＝,1,，对奥氏体钢,K7,＝,1.1,；,,,——,闪光速度，,[],单位为,cm/s,；,,,j——,电流密度，,[j],单位为,A/mm2,闪光对焊时的总电阻,r,变化规律见图闪光对焊时的接触电阻,rc,较大，在焊钢时约为,100,～,1500μΩ,，并在闪光过程中始终存在随着闪光过程的进行，零件的接近速度加大、液态过梁的数目和横截面面积增大，导致,rc,减小焊件内部电阻,2rw,，由于光闪时的加热而增大，但始终小于,rc,在整个闪光阶段由于,rc,的降低超过,2 rw,的增加，故总电阻,r,呈下降趋势顶锻开始时由于两零件端面相互接触、液态过梁突然消失，因而,r,急剧下降，以后的变化规律同于,2rw,由于电阻的上述特点，闪光对焊时接触电阻,Rc,对加热起主要作用，其产生的热量占总析热量的,85,～,90,％与电阻对焊时一样，连续闪光对焊时的温度场亦可以看作是由二个热源在加热过程中叠加的站果，即一个是,2Rw,所产生的电阻热使焊接区金属加热到温度,T1,；另一个由,Rc,所产生的热把焊接区金属加热到,T2,。

且,T2>T1,，并且由于热源主要集中在对口处，所以沿零件轴向温度分布的特点是温度梯度大，曲线很陡闪光对焊时,r,的变化 连续闪光对焊的温度场,,（低碳钢，,Tpt—,塑性形变的起始温度，随顶锻压强增大而降低）,思考题：,,试述电阻焊热源特点及加热过程。