压焊方法及设备点焊解读

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1、压焊方法及设备 第一篇 电阻焊方法及设备 电阻焊（电阻焊（resisitanceresisitance welding) welding) 定定 义义 工件工件 组合组合 后通过电极施加后通过电极施加 压力压力， 利用电流通过接头的接触面及邻近区利用电流通过接头的接触面及邻近区 域产生的域产生的 电阻热电阻热 进行焊接的方法。进行焊接的方法。 对接或搭接 加热至熔化或塑性温度 电阻焊又称接触焊，属压焊范畴，是目前 国内外应用最广的焊接方法之一，已广泛 地应用在航空、航天、汽车、锅炉、地铁 车辆、无线电器件等工业领域。 将准备连接的工件置于两电极之间加压， 并对焊接处通以电流，利用工件电阻产生

2、的热量加热并形成局部熔化(或达塑性状 态)，断电后在压力继续作用下，形成牢 固接头，这种工艺过程即称为电阻焊（或 接触焊）。 电阻焊的主要优特点 优点：热量集中、加热时间短、焊接变形小； 冶金过程简单，一般不需要填充材料及熔剂，不需要 保护气体； 能适应多类同种及异种金属的焊接，包括镀层钢 板的焊接 电阻焊的主要优特点 工艺过程简单，易于实现机械化及自动化不需要对焊 工进行长期培训 焊接生产率高，成本低。 劳动环境好，污染小 电阻焊的主要优特点 设备复杂，需配备较高技术等级的维修人员。造价较 高，一次投资费用大。 电容量大，且多数为单相焊机，对电网造成不平衡负 载严重，必须接入容量较大的电网。

3、 对影响强度的某些内在指标(例如点焊的熔核直径及焊 透率，对焊的熔合不良和灰斑等)目前尚缺少简便、实 用的无损检测手段。因此阻碍了电阻焊在质量要求特 别高的场合(如航空、航天工业等)的进一步推广应用 电阻焊的分类 第一篇 电阻焊方法及设备11 对焊 缝焊 点焊 接头形式：搭接接头 加热至产生熔化的核心 接头形式：对接接头 加热至热塑性状态 凸焊 第一篇 电阻焊方法及设备12 第一篇 电阻焊方法及设备13 电阻焊的加热 电阻焊加热原理 电阻焊的加热 根据焦耳定律，焊接区的总析热量 Q = i2Rt 式中：i 焊接电流的有效值； R 焊接区总电阻的平均值； t 通过焊接电流的总时间 电阻焊的加热

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，因此焊接热源总析出热量Q的确切表 达式为： Q = 0 i2( t )R( t )dt 式中：i( t )通过焊件焊接区的瞬时电流值(安培)； R( t )两电极间的总电阻(欧姆)，是时间的函数 焊接区电阻 焊接区电阻 点焊时导电 通路上的总电阻R，由板件内部电阻Rw 、板件间接触电阻Rc、电极与板件间接触电阻Rew 组成，即： R = 2Rw+ Rc + 2Rew 板件内部电阻Rw： 板件内部电阻Rw： 焊接区电阻 L = 2a S = (d0/2)2 焊接区电阻 板件内部电阻Rw： 焊接区电阻 板件内部电阻Rw： Rw= ( T )

5、( T ) S( T ) 为被焊材料的电阻率； 为被焊材料的厚度； S为被焊材料的导电截面积； T为被焊工件焊接区温度 板件间接触电阻Rc： l板件间的凸凹不平 l板件表面的氧化物等 影响接触电阻（包括Rc和Rew）的主要因素 主要因素为电极压力、表面状态及加热温度和 材料本身的特性。 电极压力 的影响 电极压力增大将位金 属的弹性与塑性变形增 加，对压平接触表面的 凹凸不平和破坏不良导 体膜均有利，其结果位 接触电阻减小。 电极压力 的影响 电极压力增大将位金 属的弹性与塑性变形增 加，对压平接触表面的 凹凸不平和破坏不良导 体膜均有利，其结果位 接触电阻减小。 当压力由增大变为 重新减小时

6、，由于塑 性变形使接触点数目 和接触面积不可能再 恢复原状，此时的接 触电阻将低于原压力 作用下的数值而呈 “滞后”现象。同 时，材质软的焊件其 接触电阻的减小和“滞 后”更为显著 Q = 0 i2( t )R( t )dt 电流对点焊加热区的影响 焊接电流是产生内部热源一电阻热的 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； t Q = 0 i2( t )R( t )dt 电流对点焊加热区的影响 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； t 焊接强规范、弱规范 电流

7、对点焊加热区的影响 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。 电流对点焊加热区的影响 电流对点焊加热区的影响 点焊加热区接头形貌的变化 电流对点焊加热区的影响 点焊加热区接头形貌的变化 电流对点焊加热区的影响 电流对点焊加热区的影响 点焊时，电流线在 两焊件的贴合面处要 产生集中收缩，其结 果就使贴介面处产生 了集中加热效果，而 该处正是点焊时所需 要连接的部位。 电流对点焊加热区的影响 贴合面的边缘电 流密度j出现峰值，有 利于塑性环的产生。 电流对点焊加热区的影响 点焊时的电流场特 征，使其加热为一不 均匀热过程，焊

8、接区 内各点温度不同，即 产生一不均匀的温度 场。 电流对点焊加热区的影响 电流线在贴合面 处的集中收缩的程 度，以及在边缘电 流 密变峰值的大小(即电 流场不均匀程度)均与 几何特征系数d0 比值有关。当比值增 大时，电流场不均匀 程度减小。 电流对点焊加热区的影响 了解电流 场特征，并进 而掌握其调整 方法，就能较 堆确的分析、 控制熔核的形 状及位置，改 善焊核周围组 织的加热状 态，提高接头 质量。 电阻对点焊加热区的影响 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响 Rc和Rw对焊接区温度场的建立所起的作用 历来就有不同的观点。 电阻对点焊加热区的影响 接触电阻随着温度的升高很快消失。用一般

9、规 范点焊时，接触电阻产生的热量与总热量之比 不大于10%，占焊核形成所需热量的比例不 大。 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响 在焊接开始时，Rc大于Rw，这时Rc可以 促进尽快建立初步的温度场，使接触点迅速 增多，面积扩大，电流场分布均勾化。 在电阻焊过程中（闪光对焊工艺除外）， 电阻对点焊加热区的影响 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响 由于点焊、缝焊时 ，焊接回路的电压很 低，零件表面上氧化膜、锈皮或油漆、污物以 及吸附的气体层等皆为不良导体。通电初期， 板件表面电流分布很不均匀，突然增大，加热 极不均衡，甚至造成板件烧伤、飞溅，降低了 焊件的焊接质量。 电阻对点焊加热区的影响 （

10、1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响 电阻对点焊加热区的影响 （2）板件内部电阻Rw对点焊加热区的影响 内部电阻2Rw的折热量约占内部热源Q的 9095，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和变化 规律。 点焊时的热平衡 点焊时，焊接区析出的热量Q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： Q1 熔化母材金属形成熔核的热量； Q2由于散热而损失的热量； Q3通过电极热传导损 失的热量； Q4通过焊件热传导损 失的热量； Q5通过对流、辐射散央到空气 介质中的热量。

11、 点焊时的热平衡 热时间 常数 自开始加热至达到热平衡需 一定时间，这段时间的长短与材料的热物理性和 厚度有关。在一维热传导 模式下，不考虑电阻率 等物理常数随温度的变化而变化的情况下，推导 出热时间 常数的公式为： 点焊时的热平衡 由上式可知，板厚越大，材料的热扩散率越 差，达到平衡温度所需时间越长。例如板厚 为1mm的低碳钢，为0.029s，等厚的不锈 钢及铝合金则分别为0.107s及0.008s，当 板厚为0.2mm时，则其分别为0.001s， 0.004s及0.003s。 电阻点焊焊点的形成 小结： 电流对电焊 加热区的影响；电 阻对点焊加热区的影响；点焊 的热平衡 简述电阻点焊的产热

12、机理、并 阐述熔核形核过程。 第二节 点焊一般工艺 点焊方法 对焊件馈电进 行点焊时，应遵循下列原则： 尽量缩短二次回路长度及减小回路所包含的 空间面积，以节省能耗； 点焊方法 尽量减少伸入二次回路的 铁磁体体积，特别是避免在 焊接不同焊点伸入体积有较 大的变化时，以减小焊接电 流的波动，保证各点质量稳 定(在使用工频交流时) 。 对焊件馈电进 行点焊时，应遵循下列原 则： 1、点焊方法 根据焊接时电极向焊接区馈电方式， 点焊可分为单面点焊和双面点焊。 1、点焊方法 不同形式的单面点焊 点焊接头设计 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 点焊接头型式 a）搭接接头b）折边接头 2.1 点焊接头主要尺

13、寸的确定 点焊的基本使用范围 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 2.1 点焊接头主要尺寸的确定 第一节 点 焊 2、点焊接头设计 点焊结构的影响 点焊结构的影响 3、点焊前表面清理 焊件的表面状态，直接影响表面接触 电阻的大小和电流场的分布，对析热与散热 有重大的影响。其结果将影响电极的使用寿 命、焊件的表面质量、熔核的尺寸与形状以 及焊接接头强度的稳定性。 3、点焊前表面清理 点焊前，需要对被焊接工件表面进行 认真地清洗。 焊件清洗完后应在规定的时间段内进 行焊接，否

14、则将要进行重新清洗。 清洗的方法可分为机械清洗和化学清 洗两类。 点焊表面处理 3、点焊前表面清理 4、点焊焊接循环 所有点焊循环基本上可分为预压 、 加热熔化、冷却结晶，休止四个阶段。 （1）预压阶 段 板件通电加热时，应该有一个符合 要求的导电通路。预压阶 段的作用，就 是使焊件的焊接处有良好的接触，为焊 接电流顺利通过及表面原子的健合做好 必要准备。 2 （1）预压阶 段 4、点焊焊接循环 3 （1）预压阶 段 4、点焊焊接循环 4 （1）预压阶 段 4、点焊焊接循环 5 4、点焊焊接循环 （2）加热熔化阶段 点焊时一切工艺措施的采用，首先 要使焊接处温度分布能满足焊点尺寸与 形状的要求

15、。当工件经过预压阶 段形成 了合适的导电通路，即可开始点焊循环 的第二阶段建立必要温度场的加热 熔化阶段，或叫焊接”阶段。 6 （2）加热熔化阶段 4、点焊焊接循环 7 （2）加热熔化阶段 4、点焊焊接循环 8 （3）冷却结晶阶段 4、点焊焊接循环 17 第一节 点 焊 4、点焊焊接循环 （4）休止阶段 18 5、点焊焊接参数及其相互关系 合适的规范参数是实观优质焊 接的重要 条件。点焊规范参数的选择主要取决于金属 材料的性质、板厚及所用焊接设备的特点 (能提供的焊接电流波形和压力曲线)。 工频交流点焊在点焊中应用最广，其主 要规范参数有：焊接电流、焊接时间、电极 压力及电极头端面尺寸。 2

16、5、点焊焊接参数及其相互关系 焊接时流经焊 接回路的电流称焊 接电流（用 Iw 表 示）。点焊时Iw一 般在数万安培(A)以 内。焊接电流是最 重要的点焊参数， 调节焊 接电流对接 头性能的影响见 图。 3 （1）焊接电流 Iw 5、点焊焊接参数及其相互关系 ( 2 ) 焊接时间 tw 电阻焊时的每 一个焊接循环中， 自焊接电流接通到 停止的持续时间 ， 称焊接通电时间 ， 简称焊接时间。点 焊时 tw一般以周波 (cyc)为计时单 位。 4 5、点焊焊接参数及其相互关系 ( 2 ) 焊接时间 tw 焊接时间对 接头性能的 影响与焊接电流相类 似。但应注意二点：c 点以后曲线并不立即下 降，这是因为尽管熔核 尺寸已达饱和，但塑性 环还可有一定扩大，再 加之热源加热速率较和 经，因而一般不会产生 喷溅； 5 第一节 点 焊 5、点焊焊接参数及其相互关系 焊接时间对 代表接 头塑性指标的延性比影响 较大，因此，对于承受动 裁或有脆性倾向的金属材 料(可淬硬钢、钼合金等) 点焊接头，还应考虑焊接 时间对