第八章電阻焊連接原理

1、焊接成型原理,長春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院課件制作：徐世偉指導(dǎo)教師：劉耀東,第八章 電阻焊連接原理,,,,,概述,點焊 ( Spot Welding ),凸焊 ( Projection Welding ),縫焊 ( Seam Welding ),8.1,8.2,8.3,8.4,,8.5,,8.6,Contents,,對焊 ( Welding Neck ),電阻焊接的質(zhì)量檢驗,§8.1 概述,電阻焊(Resistanc

2、e Welding）是焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。 電阻焊的物理本質(zhì)，是利用焊接區(qū)金屬本身的電阻熱和大量塑性變形能量，使兩個分 離表面的金屬原子之間接近到晶格距離，形成金屬鍵，在結(jié)合面上產(chǎn)生足夠量的共同晶粒而得到焊點、焊縫或?qū)咏宇^。,電阻焊與其它連接方法相比，具有接頭質(zhì)量高、輔助工序少、無須填加焊接材料及文明生產(chǎn)等優(yōu)點，尤其易于機(jī)械化、自動化，生產(chǎn)效率高，

3、經(jīng)濟(jì)效益顯著。但電阻焊方法也存在一些缺點，例如，電阻焊接頭質(zhì)量的無損檢驗較為困難;電阻焊設(shè)備復(fù)雜、維修困難和一次性投資較高。電阻焊按接頭形式可分為搭接電阻焊和對接電阻焊兩類;按工藝特點則分為點焊、凸焊、縫焊和對焊;按所使用的電流波形特征又可分為交流、直流和脈沖三類。目前已有的電阻焊分類組合如圖8一1所示。電阻焊的熱源是電阻熱。當(dāng)電流通過兩電極間的金屬,區(qū)域(焊接區(qū))時，由于焊接區(qū)具有電阻，產(chǎn)生電阻熱并在焊件內(nèi)部形成熱源(內(nèi)部熱源)。

4、根據(jù)焦耳定律，焊接區(qū)的總析熱量為 Q= I2 Rt,式中：I—焊接電流的有效值(A)，其數(shù)值范圍一般為幾千至幾萬安培; R—焊接區(qū)總電阻的平均值(Ω)，其數(shù)值范圍一般為10～100Ω; t一通過焊接電流的時間〔s)，一般為交流電的幾至幾十個周波;,圖8-1 電阻焊分類與組合,由于在電阻焊過程中，焊接電流和焊接區(qū)電阻并非保持不變，因此焊接熱源總析熱量

5、的確切表達(dá)示為,,式中 i—焊接電流的瞬時值，是時間的函數(shù); r—焊接區(qū)總電阻的動態(tài)電阻值，是時間的函數(shù); t—通過焊接電流的時間。電阻焊的加熱特點可以概括為利用焊件本身在壓力作用下流過電流時的電阻熱，對焊接區(qū)實現(xiàn)迅速和集中的加熱，并在壓力作用下形成接頭。,電阻焊對金屬的要求 主要從下列各項指標(biāo)進(jìn)行評定： 1、材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性　導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性越高，焊接性越差。 2、材料的高溫強(qiáng)度　高溫（

6、0.5~0.7Tm）屈服強(qiáng)度越高，焊接性越差。 3、材料的塑性溫度范圍　塑性溫度范圍越窄，對參數(shù)波動越敏感，焊接性越差。 4、材料對熱循環(huán)的敏感性　敏感性越強(qiáng)，焊接性越差。 另外，熔點高、線膨脹系數(shù)大、易形成致密氧化膜的金屬，其焊接性一般較差。,,Contents,§8 .2 點焊(Spot Welding),焊件裝配成搭接接頭，并在兩電極之間壓緊，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法稱為點焊。

7、 點焊廣泛地應(yīng)用在電子、儀表、家用電器的組合件裝配連接上，同時也大量地應(yīng)用于建筑工程、交通運輸及航空、航天工業(yè)中的沖壓件、金屬構(gòu)件和鋼筋網(wǎng)的焊接。常用點焊零件的厚度為0.05～6nm，目前點焊最厚鋼件為30十30mm，鋁合金件已達(dá)7～8mm。,8 .2.1 點焊時的電流場分布,點焊時，假定工件是兩塊無限大平板，采用圓形端面電極。若以電極中心線作為z軸，則點焊電場對z軸對稱，可以用過z軸的任一平面上的等位線表示電場分布。因

8、為電流線垂直于等位線，所以可根據(jù)等位線作出電流線分布，以等電流線表示電場中電流場的分布。在圓柱坐標(biāo)中電場分布滿足以下微分方程,,,式中 j —求解區(qū)域內(nèi)某點的電勢; z、r —該點軸向、徑向坐標(biāo); p—該點的電阻率。,,用有限差分法計算得到點焊區(qū)域內(nèi)的電流場和電流密度分布如圖8一2所示。圖8一2中的等位線示出了焊接區(qū)內(nèi)電勢 j =0至j =100%之間的電勢分布，電流線垂直于等位線，它指出了其所定體積范圍內(nèi)流過的電流占總電流的

9、比例。根據(jù)等位線和電流線即可描繪出焊接區(qū)的電場分布。電流線愈密集，表示通過該截面上的電流密度愈大。,圖8一2 點焊時電流場和電流密度分布(a)電場分布 ; (b)電流密度分布 j a平均電流密度,可以看出，點焊時的電場分布是很不均勻的，并具有以下征: (l)點焊時焊接區(qū)內(nèi)電流線呈現(xiàn)雙鼓形，即電流線在接觸面處產(chǎn)生集中收縮，使兩焊件接觸面處產(chǎn)生集中加熱效果。 (2)在各接觸面邊緣的電流密度均出現(xiàn)峰值。點焊時，造成這種

10、電場分布不均勻的主要原因有幾何及溫度兩方面: (1)幾何因素即由于點焊時電極與工件、工件與工件的接觸面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工件的橫截面，從而引起電流的邊緣,效應(yīng)，并且隨著電極直徑和焊件厚度之比司古的減小，邊緣效應(yīng)更趨嚴(yán)重； (2)溫度因素由于焊接時加熱不均勻，焊接區(qū)各點溫度不同，中間溫度高，邊緣溫度低，溫度高處的電阻率大，電流就會繞過較熱部分，產(chǎn)生繞流現(xiàn)象。繞流現(xiàn)象引起的電場分布不均勻程度，與工件材料本身的熱物理性能及焊接參數(shù)有關(guān)。

11、 此外，交流電的趨表效應(yīng)和焊接電流本身磁場所引起的電磁收縮效應(yīng)等也會對電流場的分布產(chǎn)生一定的影響。,8.2.2 點焊時的電阻,假設(shè)點焊時兩焊件的板厚、材料均相同，焊接區(qū)電阻示意圖見圖8一3，焊接區(qū)總電阻R，由焊件間接觸電阻Rc、電極與焊件間接觸電阻2Rew，及焊件本身的內(nèi)部電阻2Rw共同組成。即：,圖8一3點焊時電阻示意圖,R= Rc+2Rew+Rw（1）接觸電阻Rc+2Rew (Rc+2Rew)稱為接觸電阻，指在點焊壓力下

12、所測定的接觸面(焊件一焊件、焊件一電極)處的電阻值，其形成原因是:,l)從微觀而論，任何導(dǎo)體的表面都是不平的，因而，兩個導(dǎo)體相接觸時，只能在個別點上建立物理接觸點，使導(dǎo)電面積減小。帶電粒子在電場作用下的運動、碰撞阻尼增強(qiáng)。而電流線彎曲又使導(dǎo)電路徑加長，從而使兩接觸面間的電阻增大。 2)在導(dǎo)體表面上，經(jīng)常有氧化膜、油污和其它贓物等存在，這些物質(zhì)具有很大的電阻率，使表面層電阻增大。 對接觸電阻的影響因素主要有

13、：電極和工件表面狀態(tài)、電極壓力、加熱溫度以及被焊材料的硬度等。,（2）焊件內(nèi)部電阻2Rw 焊件內(nèi)部電阻2Rw是焊接區(qū)金屬材料本身所具有的電阻，該區(qū)域的體積要大于以電極一焊件接觸面為底的圓柱體體積，這是由于點焊時有“邊緣效應(yīng)”，即電流通過板件時，其電流線在板件中間部分將向邊緣擴(kuò)展，使電流場呈現(xiàn)雙鼓形的現(xiàn)象(如圖8-2)。 凡是影響電流場分布的因素必然影響內(nèi)部電阻2Rw ，主要因素有:金屬材料的熱物理性質(zhì)

14、、力學(xué)性能、點焊規(guī)范參數(shù)及特征(電極壓力、焊接電流及通電時間)和焊件厚度等。,（3） 總電阻R 研究表明，不同的金屬材料在加熱過程中焊接區(qū)動態(tài)總電阻R的變化規(guī)律相差甚大，如圖8一5。不銹鋼、欽合金等材料呈單調(diào)下降的特性;鋁及鋁合金在加熱初期呈迅速下降后趨于穩(wěn)定;而低碳鋼在點焊加熱過程中其總電阻R的變化曲線上卻明顯地有一峰值。下面就低碳鋼點焊時的動態(tài)電阻曲線(圖8一6)作一分析，此曲線共分為四個階段:,圖8一6低碳鋼動態(tài)

15、電阻曲線,1一低碳鋼；2一不銹鋼；3一鋁圖8一5典型材料的動態(tài)電阻比較,降段(t0～t1)，加熱開始幾周波內(nèi)，由于接觸電阻迅速下降，動態(tài)電阻也呈陡降趨勢，此時焊接區(qū)加熱但未熔化;上升段(t1～t2)，隨著加熱溫度升高，焊件的電阻率增加，Rw迅速增加，使動態(tài)電阻也迅速增加。在接近t2時，由于電阻率增加速率減小，動態(tài)電阻也緩慢增加直至最大值，此時焊接區(qū)金屬已局部熔化，形成熔核，并逐步長大;再次下降段(t2～t3)，由于金屬軟化及繞流現(xiàn)

16、象，使接觸面迅速增大且局部導(dǎo)電截面增加，動態(tài)電阻再次下降; 平穩(wěn)段(t3以后)，此時電流場和溫度場均進(jìn)人準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，熔核及塑性環(huán)尺寸基本不變，動態(tài)電阻也趨于穩(wěn)定值。,8 .2 .3 點焊時的溫度場及加熱特點（1）點焊溫度場 點焊時的電阻是產(chǎn)生內(nèi)部熱源—電阻熱的基礎(chǔ)，是形成焊接溫度場的內(nèi)在因素。研究表明，接觸電阻Rc+2Rew ，的析熱量約占內(nèi)部熱源Q的5%一10%,這部分熱量對建立焊接初期的溫度場、擴(kuò)大接觸面積，促進(jìn)

17、電流場分布的均勻化有重要作用。但過大的接觸電阻有可能造成通電不正常或使接觸面上局部區(qū)域過分強(qiáng)烈析熱面產(chǎn)生噴濺、粘損等缺陷。 內(nèi)部電阻2Rw的析熱量約占內(nèi)部熱源Q的90%一95%，是形成熔核的熱量基礎(chǔ)。內(nèi)部電阻2Rw，與其,上所形成的電流場，共同影響點焊時的加熱特點及焊接溫度場的形態(tài)和變化規(guī)律。由焊接區(qū)的電流場和電阻產(chǎn)生的熱量，在焊接區(qū)形成了特定的溫度分布。兩塊無限大板點焊，采用圓形電極時，點焊溫度場的熱傳導(dǎo)微分方程為,

18、,,,,式中 Cv一容積比熱（j / k·mm3）; 入—熱導(dǎo)率(W/mm·k); T—溫度場內(nèi)某點溫度(K); j—焊接區(qū)的電流密度(j / mm2); pT—焊件電阻率(Ω · mm)。,（8—9）,在計算機(jī)上采用數(shù)值方法對式(8一9)的微分方程求解，得出斷電時刻焊接區(qū)溫度場分布的圖形如圖8一7所示。由圖可以看出，靠近熔核的等溫線成閉合曲線，而遠(yuǎn)離熔核的

19、等溫線幾乎成直線而且垂直于r 軸，最大的溫度梯度約30000Cc/m，發(fā)生在z軸方向。電極一工件接觸面處溫度愈高，表明焊接時的加熱越均勻。,,圖8一7點焊斷電時焊接區(qū)的溫度分布,（2）點焊時的熱平衡 點焊時，焊接區(qū)析出的熱量Q并不能全部用來熔化母材金屬，其中大部分將因向鄰近物質(zhì)的熱傳導(dǎo)、輻射而損失掉（如圖8一8)。其熱平衡方程式如下 Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (8一10) 式

20、中 , Q1 —熔化母材形成熔核的熱量; Q2—通過電極熱傳導(dǎo)損失的熱量; Q3—通過焊件熱傳導(dǎo)損失的熱量; Q4—通過對流、輻射散失到空氣中的熱量。,圖8一8點焊時的熱平衡 (a)熱平衡組成 (b)熱量計算簡圖,一般認(rèn)為，Q的大小取決于焊接規(guī)范特征和金屬的熱物理性質(zhì)。有效熱量Q1僅取決于金屬的熱物理性質(zhì)及熔化金屬量，而

21、與熱源種類和焊接規(guī)范特征無關(guān)。Q1 ≈（10%～30%）Q ，導(dǎo)熱性好的金屬材料(鋁、銅合金等)取低限。 Q2與電極材料、形狀及冷卻條件有關(guān)，Q2 ≈（30%～50%Q ，是最主要的散熱損失。實際生產(chǎn)中往往利用控制Q2來獲得合適的焊接溫度場。Q3與板件厚度、材料的熱物理性質(zhì)（λ）以及焊接規(guī)范特征等因素有關(guān)，Q3 ≈20%Q ， Q4≈5%Q 在利用熱平衡方程式進(jìn)行有關(guān)計算時可忽略不計。,（3）焊接電流計算 通過熱平衡

22、方程式和焦耳定律可以近似算出點焊時焊接電流的有效值。假定Q1是把底而直徑為d、高為2δ的金屬圓柱體加熱到Tm所消耗的熱量，Q2是把底面直徑為d 、高為x2的上、下兩個圓往體電極加熱到平均溫度為Tm/8所消耗的熱量，Q3是把焊接區(qū)周圍內(nèi)徑為d、寬為x3、高為2δ的金屬環(huán)加熱到平均溫度為Tm /4所消耗的熱量，則,,,,,,,,式中, Cv 、Cv` —分別為焊件及電極的容積比熱 （ j / k·mm3 ）；

23、 Tm — 焊接區(qū)加熱終了時的平均溫度(K); x2—由焊接參數(shù)及電極材料熱物理性能決定的 系數(shù)； x3 —由焊接參數(shù)及焊件熱物理性能決定的系數(shù)； K2—電極形狀系數(shù)。,8 .2.4 點焊過程分析 點焊過程，即是在熱與機(jī)械作用下形成焊點的過程。熱作用使焊件貼合面母材金屬熔化;機(jī)械作用使焊接區(qū)產(chǎn)生必要的塑性變形，二者適當(dāng)配合和共同作用是獲得優(yōu)質(zhì)點焊接頭的基

24、本條件。（1）點焊焊接循環(huán) 一個完整的復(fù)雜點焊焊接循環(huán)，由加壓……休止等十個程序段組成，如圖8一9所示。I、F、t中各參數(shù)均可獨立調(diào)節(jié)，它可滿足常用金屬材料的點焊工藝要求。當(dāng)將I、F、t中某些參數(shù)設(shè)為零時，焊接循環(huán)被簡化以適應(yīng)某,特定金屬材料的點焊要求。當(dāng)參數(shù)中I1、I3、t1等均為零時，就得到由四個程序段組成的基本點焊焊接循環(huán)(圖8-10），該循環(huán)是目前應(yīng)用最廣的點焊循環(huán)。,圖8一9 復(fù)雜點焊焊接循環(huán)示意圖 1一加壓程

25、序；2一洲洪覺遞增程序；3一加熱1程序；4一冷卻1程序;5一加熱2程序；6—冷卻2程序;7一加熱3程序;8一熱量遞減程序；9一維持程序；10一休止程序,圖8—10 基本點焊循環(huán)下的接頭形成過程(a)基本點捍焊接循環(huán)(b)接頭形成示意圖 1一加壓;2一焊接;3一維持;4--,休止a一預(yù)壓;b 、c—通電加熱熔化;d一冷卻結(jié)晶,（2）接頭形成過程 熔核環(huán)條件下塑性環(huán)及其周圍母材金屬的一部分構(gòu)成了點焊接頭。在一良

26、好的點焊焊接循，接頭的形成過程是由預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)品三個連續(xù)階段所組成(圖8-10）預(yù)壓階段 預(yù)壓階段的機(jī)一電過程特點是Fw>0，I=0部分接觸表面的不平和氧化膜，形成物理接觸點合作用準(zhǔn)備。其作用是在電極壓力的作用下清除一，為焊接電流的順利通過及表面原子的鍵合準(zhǔn)備。,通電加熱階段通電加熱階段的機(jī)一電特點是Fw>O、I>O，其作用是在熱與機(jī)械(力)作用下形成塑性環(huán)、熔核，并隨著通電加熱的進(jìn)行而長大，直到獲

27、得需要的熔核尺寸。圖8一11示出了點焊熔核的形成及生長過程。,圖8一11 點焊熔核形成及生長過程 l一加熱區(qū);2一熔化區(qū)；3—塑性環(huán),冷卻結(jié)晶階段 冷卻結(jié)晶階段的機(jī)一電特點是Fw>0、I=0，其作用是使液態(tài)熔核在壓力作用下冷卻結(jié)晶。 由于材質(zhì)和焊接規(guī)范特征的不同，熔核的凝固組織可有三種:柱狀組織、等軸組織、“柱狀+等軸”組織。 純金屬(如鎳、鉬等)和結(jié)晶溫度區(qū)間窄的

28、合金(碳鋼、合金鋼、欽合金等)，其熔核為柱狀組織;鋁合金等其熔核為“柱狀十等軸”組織。熔核凝固組織完全是等軸組織的情況極為罕見。,1.點焊規(guī)范參數(shù) 以工頻交流點焊為例，其基本焊接循環(huán)參見圖8-10,主要規(guī)范參數(shù)有:焊接電流、焊接時間、電極壓力及電極頭端面尺寸。2.規(guī)范參數(shù)間相互關(guān)系及選擇 點焊規(guī)范參數(shù)的選擇主要取決于金屬材料的性質(zhì)、板厚及所用設(shè)備的特點(能提供的焊接電流波形和壓力曲線)。當(dāng)電極材料、端面形狀和尺寸選定以后，

29、焊接規(guī)范的選擇主要是考慮焊接電流、焊接時間及電極壓力這三個參數(shù)，其相互配合可有兩種方式（1）焊接電流和焊接時間的適當(dāng)配合；(2)焊接電流和電極壓力的適當(dāng)配合,8.2.5 點焊規(guī)范參數(shù)及其相互關(guān)系,8.2.6 點焊方法與工藝 點焊方法：單點、多點焊/單面、雙面焊,點焊工藝：　　 ①焊前清理：清理方法分機(jī)械清理和化學(xué)清理兩種。　　常用的機(jī)械清理方法有噴砂、噴丸、拋光以及用砂布、鋼絲刷清理等。不同的金屬和合金，須采用不同的清理

30、方法。 ②工藝參數(shù)： 電流（KA）；通電時間（周）,對塑性指標(biāo)影響較大； 電極壓力（KN）,8.2.7 點焊時的一些特殊問題1. 分流 分流是指電陽焊時從焊接區(qū)以外流過的電流，這部分電流對焊點不起作用。點焊時的分流主要有下列幾種情況:先完成的焊點產(chǎn)生分流電極與工件非焊接區(qū)接觸、焊件裝配過緊、單面點焊時引起分流（圖-13）。 分流使通過焊接區(qū)的有效電流減小，降低了焊點強(qiáng)度;分流還會

31、導(dǎo)致電極與工件的接觸部位局部產(chǎn)生很大的電流密度，以至燒壞電極或工件表面。,分流大小取決于焊接區(qū)的總電阻與分路電阻之比，其比值越小，分流就越小，所以可以采用下列措施以減小分流: l)選擇合理的焊點間距。在實際生產(chǎn)中對各種材料在各種厚度時的焊點最小間距有一定的規(guī)定； 2)選擇合適的焊接順序； 3)焊前嚴(yán)格清理工件表面，減小焊接區(qū)電阻；,4)避免電極與焊件非焊接區(qū)接觸；

32、 5)適當(dāng)增加焊接電流，以補(bǔ)償分流。連續(xù)點焊時，由于點距很小，可通過不斷遞增焊接電流的方法，以保證熔核的大小基本不變； 6)合理掌握裝配間隙； 7)單面多點焊時采用調(diào)幅電流。通過調(diào)幅電流對電極側(cè)的焊件預(yù)熱，提高分路電阻，從面減小分流。,2. 熔核偏移 在不同厚度或不同材料焊件點焊時，由于兩焊件在焊接加熱時的析熱及散熱情況不同，使熔核偏向析熱多、散熱慢的厚板或?qū)щ?、?dǎo)熱性差的材料一邊。 可以通過控

33、制焊接區(qū)析熱與散熱條件，調(diào)整焊接溫度場的方法克服或減小熔核偏移，具體措施如下: l)用不同直徑的電極薄件或?qū)щ妼?dǎo)熱性好的材料的一邊采用較大直徑的電極；,2)用不同材質(zhì)的電極薄件或?qū)щ妼?dǎo)熱性好的材料的一邊采用導(dǎo)熱性較差的電極； 3)采用大電流短時間焊接參數(shù)大電流、短時間焊接時接觸電阻上發(fā)熱量占的比例較大，散熱的影響較小，可改善熔核偏移現(xiàn)象； 4)附加工藝墊片。薄件或?qū)嵝院玫暮讣贿?，附加?dǎo)熱

34、性較差材料制成的工藝墊。,（1）點焊機(jī)通用、專用、特殊型/固定式、移動式、輕便式,,固定式通用點焊機(jī),固定式專用多點焊機(jī),移動式點焊機(jī),輕便式點焊機(jī),8.2.8 . 點焊設(shè)備,電流形式：交流、低頻、電容儲能、直流　　加壓機(jī)構(gòu)：腳踏式 電動滾輪式 氣壓式、液壓式、復(fù)合式　　電極運動軌跡：垂直行程式 圓弧行程式　　焊點數(shù)目：單點、多點,標(biāo)準(zhǔn)電極帽的五種形式（下圖）,電極與電極握桿的結(jié)合形式,電極通常用銅合金制造。,

35、（2）電極 材料：要求導(dǎo)電、導(dǎo)熱好 高溫強(qiáng)、硬度高 耐磨 形成合金傾向小 　 結(jié)構(gòu)：端部、主體、尾部、冷卻水孔 ；形式：標(biāo)準(zhǔn) 特殊。 標(biāo)準(zhǔn)電極的五種形式 （下圖）,電阻焊各種形式的電極,★注意電極的拆裝及修磨方法。,,Contents,§8.3 凸焊 (Projection Welding}),凸焊是指在一焊件的貼合面上預(yù)先加工出一個或多個突起點，使其與另一

36、焊件表面相接觸并通電加熱，然后壓塌，使這些接觸點形成焊點的電阻焊方法。 凸焊基本類型:單點凸焊和多點凸焊、環(huán)焊、T形焊、滾凸焊、線材交叉焊等。 凸焊時除與點焊一樣需表面清理外，凸焊還有預(yù)制突起點的要求，突起點可呈球狀、長條狀和環(huán)狀等形狀。凸焊不宜用于軟金屬，如鋁、銅、鎳等。,圖—14 凸焊接頭形成過程中 的參數(shù)變化,8.3.1 凸焊過程分析 凸焊接頭也

37、是在熱一機(jī)械(力)聯(lián)合作用下形成的，在一良好的凸焊焊接循環(huán)條件下，接頭的形成過程仍是由預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶三個連續(xù)階段所組成(圖8一14)。但從焊點形成過程來看，凸焊比點焊時較為復(fù)雜。,在預(yù)壓階段，電極壓力從零開始較緩慢地增加，使凸點產(chǎn)生一定的變形，當(dāng)電極壓力達(dá)到預(yù)定值時，凸點預(yù)壓潰量St一般達(dá)到凸點總高度的60%左右。此階段的作用是使凸點產(chǎn)生一定的塑性變形，形成一定面的穩(wěn)定的導(dǎo)電通路。通電加熱階段又分為凸點壓潰期和熔核生長期兩個

38、階段：凸點壓潰是從開始通電到兩板完全貼合(約10ms)的過程，這一區(qū)段中，剩下的凸點高度S2將被全部壓潰。 若采用幅工頻焊接電流，開始壓潰時，由于加壓機(jī)構(gòu)的慣性，易使焊件突然失壓或減壓而引起初期飛濺，為了避免,初期飛濺，通常采用加預(yù)熱電流或減小運動部分慣性等方法加以防止。在凸點被完全壓潰的同時，便進(jìn)人熔核生長期，通常當(dāng)通電時間t=0.5tw時焊點開始熔化，當(dāng)t=0.7～0.8 tw時，熔核充分長大。在熔核生長期的加熱過程中，焊接區(qū)金屬體

39、積膨脹，使電極向上位移S3，電極壓力增加F`。切斷焊接電流，熔核在壓力作用下開始冷卻結(jié)晶，其過程與點焊熔核的結(jié)晶過程基本相同。,合適選擇凸點尺寸是保證焊點質(zhì)量的關(guān)鍵，可以根據(jù)被焊材料、厚度、結(jié)構(gòu)形式、焊接條件和接頭使用要求等來確定。在選擇時，一般盡可能選用較小尺寸的凸點和較大的凸點間距。凸點的形狀一般有圓球形或圓錐形的，在厚板凸焊時，為了避免由于凸點底部壓不平而在接頭處產(chǎn)生間隙，有時采用帶有溢出槽的凸點，凸點形狀見圖8一15。,圖8.

40、15凸點形狀示意圖(a）圓球形（b）圓錐形 (c）帶隘出槽形,8.3 凸焊工藝參數(shù),凸焊時焊接電流、焊接時間、電極壓力對接頭質(zhì)量的影響規(guī)律與點焊時基本相同，但需注意以下幾點: (l)焊接電流與焊接時間的配合。凸焊時，通常不選電流太大時間太短或電流太小時間太長的范圍，以免早期飛濺傾向或焊接區(qū)及周圍過熱。 (2)凸焊時，電極壓力對接頭強(qiáng)度的影響很大，而且允許調(diào)節(jié)的范圍很窄。電極壓力太小，凸點預(yù)變形小，焊接

41、電流密度過大，會產(chǎn)生飛濺或燒穿現(xiàn)象;電極壓力太大，通電前或通電開始時使凸點瞬時壓塌，破壞凸焊過程的正常進(jìn)行。,,Contents,§8 .4 縫焊(Seam Welding),縫焊是指焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。,8.4.1 縫焊的分類及特點 縫焊時，工件處于恒定的壓力下，根據(jù)通電和工件運動方式的不同可以分為三類(圖8一16): (1

42、)連續(xù)縫焊 工件連續(xù)勻速運動，電流持續(xù)加于工件與滾輪的接觸面上。其實質(zhì)是每半周形成一個焊點，即當(dāng)采用50Hz電源時，每秒形成100個焊點。連續(xù)縫焊一般用于焊接較薄的工件。連續(xù)縫焊設(shè)備簡單、生產(chǎn)率高，一般焊接速度為10～20 m/min，但縫焊中滾輪電極表面和焊件表面均有強(qiáng)烈過熱，使焊接質(zhì)量變壞及電極磨損嚴(yán)重。,(2)斷續(xù)縫焊 工件連續(xù)勻速運動，電流斷續(xù)施加。其實質(zhì)是在每個通電期間形成一個焊點。由于有間隙時間，電極得以

43、較好冷卻。在同一電流密度下其工作端而溫度比連續(xù)通電時低，,圖8-16縫焊焊接循環(huán)示意圖(a)連續(xù)縫焊; (b)斷續(xù)縫焊; (c)步進(jìn)縫焊,可提高電極壽命。斷續(xù)縫焊在生產(chǎn)中得到最廣泛地應(yīng)用，焊接電流采用工頻交流或電容儲能電流波形(頻率可調(diào))，用以制造黑色金屬氣密、水密和油密焊縫，縫焊速度一般為0.5～4.3 m/min。 (3)步進(jìn)縫焊 工件作間隙運動，電流亦斷續(xù)施加。其過程為:工件停止一通電加熱熔化一斷電冷卻結(jié)晶一凝固

44、后工件前進(jìn)一步一工件停止后通電。 由于縫焊時工件處于靜止?fàn)顟B(tài)，故整個結(jié)晶過程均可處于壓力之下。這一點對鋁合金等易產(chǎn)生裂紋的材料,特別有利，可避免失壓下結(jié)晶。焊接電流采用直流沖擊波、三相低頻和次級整流電流波形，用以制造鋁合金、鎂合金等的密封焊縫，縫焊速度一般較低，僅為0.2～0.6 m/min。 若按使用焊接電流波形也可將縫焊分為:工頻交流縫焊、電容儲能縫焊、支流沖擊波縫焊、三相低頻縫焊和次級整流縫焊等。

45、 按對焊件供電的方向可將縫焊分為:單面縫焊、雙面縫焊。 按一次形成的焊縫數(shù)可將縫焊分為:單縫縫焊、雙縫縫焊。,8.4.2 縫焊過程特點 縫焊與點焊并無實質(zhì)上的不同，其過程仍是對焊接區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒嵋粰C(jī)械的聯(lián)合作用。但是，由于縫焊接頭是由局部互相重疊的連續(xù)焊點所構(gòu)成，以及形成這些焊點時，焊接電流及電極壓力的傳遞均是在滾輪電極旋轉(zhuǎn)一焊件移動中進(jìn)行(步進(jìn)縫焊除外)，顯然使縫焊過程比點焊過程復(fù)雜

46、和有其自身特點。 斷續(xù)縫焊時，每一焊點同樣要經(jīng)過預(yù)壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶三個階段。但由于縫焊時滾輪電極與焊件間相對位置的迅速變化，使此三階段不像點焊時區(qū)分的那樣明顯。,正處于滾輪電極下的焊接區(qū)和臨近它的兩邊金屬材料，在同一時刻將分別處于不同階段。而對干焊縫上的任一焊點來說，從滾輪下通過的過程也就是經(jīng)歷“預(yù)壓一通電加熱一冷卻結(jié)晶”三階段的過程。 從熱作用方面分析，縫焊時已焊好的焊點對正在焊的焊點有較大的

47、分流作用，削弱了焊接區(qū)的加熱，同時正在焊的焊點對待焊的焊點又有一定的預(yù)熱作用; 從電極壓力作用方面分析，縫焊時的預(yù)壓和冷卻結(jié)晶階段都存在壓力不足的現(xiàn)象，容易引起焊前飛濺及焊后裂紋、縮孔等缺陷。此外，縫焊時由于焊輪在每一焊點上停留時間短，焊件表面散熱條件差，容易過熱。,8.4.3 縫焊規(guī)范參數(shù) 工頻交流斷續(xù)縫焊在縫焊中應(yīng)用最廣，其主要規(guī)范參數(shù)有:焊接電流、電流脈沖時間、脈沖間隔時間、電極壓力、焊接速度及

48、滾輪電極端面尺寸。 （1）焊接電流 I 考慮縫焊時的分流，焊接電流應(yīng)比點焊時增加15%一40%。隨著焊接電流的增大，焊透率及重疊率增加，焊縫強(qiáng)度及密封性也提高。但I(xiàn)過大時可能產(chǎn)生過深的壓痕和燒穿，使接頭質(zhì)量反而下降。,（2）電流脈沖時間t和脈沖間隔時間t0 縫焊時，可通過t來控制熔核尺寸，調(diào)整t0來控制熔核的重疊量，因此，二者應(yīng)有適當(dāng)?shù)呐浜?。一般來說，在用較低的焊速縫焊時，t/t0 =1.25～2,可

49、獲得良好結(jié)果。而隨著焊速增大將引起點距加大、重疊量降低，為保證焊縫的密封性，必將提高t/t0值。因此，在采用較高焊速縫焊時t/t0 =3 或更高。 隨著脈沖間隔時間t0的增加，焊透率及重疊量均下降。,（3） 電極壓力Fw 考慮縫焊時壓力作用不充分，電極壓力應(yīng)比點焊時增加20%～50%，具體數(shù)值視材料的高溫塑性而定。 電極壓力增大時，將使熔核寬度顯著增加、重疊量下降，破壞了焊縫的密封

50、性，特別是在焊接電流較小時其作用更大。電極壓力對焊透率的影響較小。（4）焊接速度υw 焊接速度是縫焊過程中的一個重要參數(shù)，其大小決定了焊輪電極與焊縫上各點作用時間的長短，從而影響了加熱時間、電極壓力作用效果及焊輪對焊件的冷卻效果等。,焊接速度越小，加熱越平緩，對焊件的加壓效果越好，對焊件表面的冷卻效果也越好，從而提高了焊縫質(zhì)量和電極壽命。在同樣條件下，增加焊接速度會使焊點重疊量減小，焊縫強(qiáng)度降低。 通常

51、可根據(jù)被焊工件的材料和厚度來選擇合適的焊接速度，研究表明，隨著板厚的增加縫焊速度必須減慢。一般焊速在3m/min以內(nèi)，連續(xù)縫焊時也不大于14m/min 焊接速度與焊接電流、電極力的配合關(guān)系如圖8-17。 焊速過快、電流過小，會出現(xiàn)未焊透現(xiàn)象;焊速慢、電流過大，則會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。,（5）滾輪電極端面尺寸 端面尺寸直接影響與工件的接觸面長度，直徑越大，接觸長度越長，從而電流密度小，散熱快，熔核小。常常采用不

52、同直徑電極來調(diào)節(jié)焊接不等厚板或異種材料時的熱量分配。,,Contents,§8 .5 對焊（Welding Neck ）,對焊是把兩工件端部相對放置，利用焊接電流加熱，然后加壓完成焊接的電阻焊方法。對焊包括電阻對焊及閃光對焊兩種。 對焊是一種快速高效的焊接方法，其特點是:不論工件截面大小(從零點幾到數(shù)萬平方毫米)均一次焊成;不論端面熔化與否，熔融金屬均擠出焊口成毛刺而不成為焊縫的組成部分;對焊尤其閃光對焊時

53、，所接工件端面必須一致，對焊不同端面工件時必須有過渡段，其直徑差別應(yīng)小于15% ,厚度差別應(yīng)小于10%。,8.5.1 電阻對焊(Upoet Butt Welding） 電阻對焊是將上件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。 電阻對焊的特點是先壓緊，后通電。溫度沿徑向不宜均勻，沿軸向則梯度小，且低于熔點。因此僅適宜于焊接小截面(小于250mm2)

54、 ,形狀緊湊(如棒、厚壁管)、氧化物易于擠出的材料(碳素鋼、銅、鋁等)。,1.電阻對焊時的電阻及加熱特點 電阻對焊焊接區(qū)總電阻R由焊件間接觸電阻Rc及焊件本身的內(nèi)部電阻2Rw共同組成(圖8-18），即 R = Rc + 2Rw （8-15）,圖8-18 對焊等效電路,接觸電阻Rc與點焊時的接觸電阻具有相同的特征。焊件內(nèi)部電阻2Rw可由下式確定,,,（8-16）,式中 m— 趨表效應(yīng)系數(shù);

55、 l—焊件的調(diào)伸長度(mm); s—焊件的截面積(mm2); ρT—電阻率(Ω·mm)。,m與焊件直徑D及焊接電流密度j的大小有關(guān)，隨D增加， m增加;隨著j增加，m減小;當(dāng)D<20～25mm (鋼件)時，趨表效應(yīng)的影響可以忽略。,圖8-19 電阻對焊時電阻 變化規(guī)律,總電阻的變化規(guī)律如圖8一19。對焊開始時，由于接觸電阻Rc急劇降低，使總電

56、阻r明顯下降，以后隨著焊接區(qū)溫度的升高，電阻率ρT 的增大影響顯著，焊件內(nèi)部電阻2Rw 增加，總電阻R增大。一般情況下，焊件內(nèi)部電阻對加熱起主要作用，接觸電阻Rc析出的熱量僅占焊接區(qū)總析熱量的10%一15%。,電阻對焊時的溫度分布見 圖8一20。對口處的焊接溫度通常約為焊件金屬材料熔點的0.8～0.9倍。但焊件沿截面的加熱有可能是不均勻的，特別是在焊接大截面或展開形工件時，這種不均勻性尤為明顯。只有對端面進(jìn)行焊前精心準(zhǔn)備或增加焊接時間，

57、零件沿截面的加熱均勻性才會得以改善。,圖8一20電阻對焊時的溫度分布 (a)伸出長度大時的溫度分布 (b)伸出長度小時的溫度分布,圖8-20所示溫度場，可看作由兩個熱源在加熱過程中疊加的結(jié)果:一個是由焊件內(nèi)部電阻所產(chǎn)生的電阻熱，把焊件在兩鉗口之間的一段金屬加熱到溫度T1，另一個是由接口處的接觸電阻所產(chǎn)生的瞬時平面熱源，把結(jié)合面處金屬加熱到溫度T2,所以接口處的焊接加熱溫度為：Tk=T1+T2。2.電阻對焊過程分析

58、 電阻對焊焊接循環(huán)由預(yù)壓、加熱、頂鍛、保持、休止等程序組成(圖8一21)。其中預(yù)壓.加熱、頂鍛三個連續(xù)階段組成電阻對焊接頭形成過程，而保持、休止等程序則是電阻對蜻操作中所必須的。在等壓式電阻對焊中，保持與頂鍛兩程序合并。,預(yù)壓階段與點焊時相同，只是由于對口接觸表面上壓強(qiáng)較小，使清除表面不平和氧化膜、形成物理接觸點的作用遠(yuǎn)不如點焊時充分。,圖8一21電阻對焊焊接循環(huán)圖(a)變壓力式電阻對焊〔b)等壓力式電阻對焊 F一壓力 I 一電流

59、 S一位移,通電加熱階段，由于焊接區(qū)溫度不斷升高使金屬塑性增加、電阻增大，前者引起壓力曲線逐漸下降，后者引起電流曲線逐漸降低。頂鍛階段頂鍛有兩種方式，一是頂鍛力等于焊接壓力，二是頂鍛力大于焊接壓力。等壓力方式使加壓機(jī)構(gòu)簡單，但鍛壓效果不如變壓力方式好。變壓力方式主要用于合金鋼、有色金屬及其合金的電阻對焊。,電阻對焊是一種高溫塑性狀態(tài)下的固相焊接，其接頭 連接實質(zhì)上可有再結(jié)晶、相互擴(kuò)散兩種形式，但均為固相連接。

60、 在同種金屬或結(jié)晶化學(xué)與物理性質(zhì)相近的異種金屬電阻對焊時，對口及其臨近區(qū)域溫度分布和塑性變形特點使其產(chǎn)生再結(jié)晶。在結(jié)晶化學(xué)和熱物理性質(zhì)相差甚大的異種金屬電阻對焊時，會得到一種擴(kuò)散連接形式，這時對口處接觸界面仍明顯存在，連接是由于對口接觸表而達(dá)到了緊密貼合和發(fā)生了互擴(kuò)散現(xiàn)象并具有一定的體積深度。焊前的表面嚴(yán)格清理并及時施焊，使低熔點的較軟金屬具有大的塑性變形和附加控制(即強(qiáng)迫成形)是獲得高質(zhì)量擴(kuò)散連接的關(guān)鍵。,由上述分析可知：為了獲得優(yōu)質(zhì)

61、電阻對焊接頭，必須保證沿焊件長度獲得合適的溫度分布，沿對口端面要加熱均勻、溫度適當(dāng);對口及其臨近區(qū)域必須產(chǎn)生足夠的塑性變形:焊縫中不應(yīng)有氧化夾雜。3.電阻對焊規(guī)范參數(shù) 電阻對焊的主要規(guī)范參數(shù)有:調(diào)伸長度、焊接電流密度(或焊接電流)、焊接時間、焊接壓力和頂鍛壓力。下面對各種參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。,調(diào)伸長度的作用是為了保證必要的留量(焊件縮短量)和調(diào)節(jié)加熱時的溫度場。 L過大會使溫度場平緩，加熱區(qū)變寬，使塑性變形不易在

62、對口處集中，因而導(dǎo)致排除氧化夾雜困難，同時，耗能增大和易產(chǎn)生錯位、旁彎等形位缺陷; L過小使向夾鉗電極散熱增加，溫度場變陡，塑性變形困難，需增大焊接壓力和頂鍛壓力。 實踐表明，調(diào)伸長度應(yīng)不小于焊件直徑的一半，即 L =0.6～1.0d(d為圓材的直徑或方材的邊長)。異種材料對焊時，為獲得溫度分布均衡，兩焊件應(yīng)采用不同的調(diào)伸長度。,(l)調(diào)伸長度L,(2)焊接電流密度j和焊接時間t 當(dāng)采用

63、大電流密度、短焊接時間時，可提高焊接生產(chǎn)率，但 要使用較大功率的焊機(jī); 當(dāng)采用過長的焊接時間時，由于焊縫晶粒粗大和氧化程度增加，使接頭質(zhì)量降低。焊接電流密度和焊接時間符合以下數(shù)值方程式,,,（8-20）,式中 j — 焊接電流密度，A/cm2 t — 焊接時問，s; K `u— 系數(shù)，直徑小于10mm 的鋼 K `u =10 ; 直徑大于10mm 的鋼 K `u

64、 =8 ；鋁的K `u =10 ； 銅的K `u =27。,(3)焊接壓力Fw和頂鍛壓力Fu 頂鍛壓力Fu為頂鍛階段施加給焊件端面上的壓力，對接觸面上的析熱及對口和臨近區(qū)域的塑性變形均有影響，常以單位面積壓力P來表示。在等壓式電阻對焊時，焊鋼 Pw =Pu =20～40MPa;焊有色金屬Pw = Pu = 10～20MPa 。在變壓力式電阻對焊時，焊鋼Pw = 10～15MPa州田a;焊有色金屬Pw = 1～8MPa ，單位面

65、積頂鍛壓力則要超過十幾倍至幾十倍。例如，對于合金鋼Pu =100～150MPa ，對于銅Pu = 300～450MPa。,閃光對焊指焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點(產(chǎn)生閃光)，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。 閃光對焊包括連續(xù)閃光對焊和預(yù)熱閃光對焊兩種。 閃光對焊的特點：先接通電源，后逐步靠近，僅個

66、別點接觸通電，電流密度極大，很快熔化并爆破，這些接觸點在端面上隨機(jī)變更位置，保證了均勻加熱，且軸向溫度梯度比電阻對焊大,熱影響區(qū)窄,端面能保持一薄層熔化層，有利于排除氧化物。因此閃光對焊適宜于中大截面工件,可用于緊湊和展開斷面、難焊材料和異種材料對接。,8.5.2 閃光對焊(Flush Butt Welding）,閃光對焊焊接區(qū)總電阻仍可用R = Rc + 2Rw 表示。焊件內(nèi)部電阻亦可由式(8一16)近似估算。閃光對焊時的接觸電阻R

67、c取決于同一時間內(nèi)對口端面上存在的液體過梁數(shù)目，它們的橫截面面積以及各過梁上電流線收縮所引起的電阻增加。Rc可按以下經(jīng)驗公式近似予以計算,,,式中 K — 考慮鋼材性質(zhì)的系數(shù)，碳鋼、低合金鋼 K=1，奧氏體鋼K=1.1; vt，—閃光速度(cm/s); j—電流密度(A/ mm2); S—焊件橫截面積(cm2)。,1. 閃光對焊

68、時的電阻及加熱特點,閃光對焊時的接觸電阻Rc較大，在焊鋼時約為100～ 1500μΩ，并在閃光過程中始終存在。隨著閃光過程的進(jìn)行，Rc減小，2Rw 增大，總電阻則呈下降趨勢(圖8一22)。頂鍛開始時由于兩零件端面相互接觸、,圖8一22閃光對焊的r 變化,液態(tài)過梁突然消失，因而R急劇下降，以后的變化規(guī)律同2Rw。由于電阻的上述特點，閃光對焊時接觸電阻Rc對加熱起主要作用，其產(chǎn)生的熱量占總析熱量的85% ～ 90%。,2.閃光對焊過程分析