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1、第三章电阻凸焊,象图3-1a所示，对于板厚差异大的材料，若用一般的点焊方法，很难焊接。但是，在厚板上压出凸点使其与薄板具有同样的热容量，如图3-1b所示，则很容易焊接，这种焊接方法称为凸焊。,a)点焊b)凸焊,图3-1点焊与凸焊,凸焊是点焊的一种特殊形式，它是利用零件原有型面倒角、底面或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。因为是凸点接触，提高了单位面积上的电极压力与焊接电流，有利于板件表面氧化膜破裂与热量集中，减小了分流电流，可用于厚度比达到1：6的零件焊接。另外，可采用多点凸焊，以提高生产率和降低接头变形。在使用平板电极凸焊时，零件表面平整无压坑，电极寿命长。凸焊既可在通用点焊机上进行，也
2、可在专用凸焊机上进行，广泛应用于成批生产的盖、筛网、管壳以及T形、十字形、平板等零件的焊接。,第一节凸焊的特点及适用场合,凸焊零件实例,第二节凸焊接头的形成过程分析,凸焊时焊核生成随时间的变化(低碳钢板厚2.3毫米),凸焊过程电极压力、电极位移及电流随时间的变化,凸点压溃阶段,在通电的瞬间，电流集中流过凸点的端头，在一般的焊接规范下，剩下凸点的高度大致为S2，在约10毫秒间几乎全部被压溃。如果此时的电极压力不足，就会产生凸点位移现象。由图中看出，流过预热电流时，凸点是较为缓慢地被压溃；仅是预热电流，凸点还不能完全被压溃，只有在随后通焊接电流时，凸点才开始急剧地被压塌。,焊核生长阶段,凸点被完全
3、压溃的同时，便开始了焊核的生长期。焊接接头受热熔化而生成焊核，因其体积膨胀要把电极向上推，但由于焊机加压结构中有摩擦力阻止焊核的膨胀，而使电极压力反而增大。此现象与点焊相同。断电后，因焊核冷凝收缩电极又再次下移。,上图是用同样的规范焊接而无预热电流的情况。因凸点在12周便被压溃，所以在通电瞬间，电极压力便降低。当焊核急剧生长而产生飞溅时，则电极压力再次降低，随着焊核的生长，电极的运动先是上移，然后瞬间下移。,第三节凸焊工艺规范,凸焊规范参数有焊接电流、焊接时间、电极力等。凸焊时，由于电极工作面尺寸远大于熔核直径，电极尺寸对电流场分布和焊接过程的进行无明显影响，因此电极尺寸不作为凸焊的工艺参数。
4、,1。焊接时间,焊接时间对熔核尺寸与接头强度的影响规律与点焊基本相同。在焊机容量足够的条件下，随着焊接时间的增长，熔核尺寸与接头强度增大。但这种增大是有限的，因为熔核尺寸的增大将形成后期喷溅，使接头质量下降。,2。焊接电流,焊接电流与焊接时间的影响类似。随着电流的增大，熔核尺寸与接头强度的变化如图所示。凸焊时，无熔核的固相焊有一定的接头强度，故因焊接电流变化引起接头强度的变化比点焊时小。,3。电极压力,电极力的大小，同时影响析热与散热。在其它参数不变时，电极力增大，焊接熔核尺寸与接头强度减小。为了保持一定的熔核尺寸与接头强度，在提高电极力的同时，需要相应增大焊接电流或通电时间。熔核上的电极压强
5、应在允许调节的范围内。一般比点焊窄得多。电极压强小于允许值，产生喷溅；压强过大，不但能破坏焊接过程的稳定性，也能使凸点瞬时压溃，破坏了正常的焊接过程。为此，电极压强与压下的速度应大小合适，又平稳而无冲击。,凸焊规范的特点同样由焊接电流与通电时间的不同匹配决定。在熔核尺寸稳定即等于常数的条件下，焊接电流与通电时间关系见图。图中，I区为过硬的焊接规范区，II区为正常焊接规范区，III区为过软的焊接规范区。由于凸焊时，产生早期飞溅的倾向大，通常不允许采用过硬的规范。过软的规范即曲线近水平部分，对电流的被动比较敏感，易出现软化区过宽、组织过热现象因此焊接规范应在II区选取为宜。,第四节凸焊设备的机械性
6、能与接头质量的关系,焊机压力传动机构动态特性差，也会引起凸点过早压平甚至熔化。焊头运动时摩擦力大、焊头本身质量大因而惯性大，都会在焊点压平过程中使实际压紧力减小。因此，要尽量减小摩擦力、减轻可动部分质量、增大外力，还要使加热更加平稳。但是，凸点过于缓慢被压平也不好，因为它阻碍了零件间间隙的缩小。在多点凸焊时，凸点的一致性、在各凸点上保持一样的电流密度和压力，具有特别的意义。各个凸点高度不一致、电极的倾斜、电极工作表面的磨耗以及焊机机臂刚度不足，都会造成接头强度的严重波动。作为电极用的平台，不平行度不得超过0.25毫米(两个边缘凸点之间)；最好使用调幅使电流幅值平稳上升、也可以用附加脉冲进行预热
7、或者对凸点施加轻微的预压，使各凸点取得比较一致的接触状况，然后通以焊接的大电流。,第五节凸点的选择与制备,目前以半球形及圆锥形凸点应用最为广泛。后一种可以提高凸点的刚度，预防凸点过早压溃，还可以减小因焊接电流线过于密集而发生的喷溅。为防止压蹋的凸点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电流密度的降低，也可以采用带溢出环形槽的凸点。凸点按凸焊结构的差异有球形(或圆锥形)、条形、环形和交叉丝等，凸焊结构实例如下图所示。,凸焊结构实例,对于凸点尺寸，不同资料上推荐的数据差别很大。不过，研究结果表明，凸点尺寸与焊接接头尺寸和强度之间没有单一的内在联系，当正确选用规范参数时，d、h的变化对焊接结果影响不大。因
8、此，凸点尺寸的选用没有必要严格规定，通常可按具体情况选取。表中给出的凸点尺寸，可用于一般情况的凸焊。,缝焊,缝焊：焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。,缝焊的分类及应用,1.连续缝焊,缝焊焊接循环示意图,机一电特点为：滚轮电极连续旋转、焊件等速移动，焊接电流连续通过，每半个周波形成一个焊点.,连续缝焊设备简单(例如，FN25型缝焊机)、生产率高，一般焊接速度为10一20mmin。但由于上述机一电特点，缝焊中滚轮电极表面和焊件表面均有强烈过热，焊接质量变坏及电极磨损严重，该方法的实际可用性却很有限。,2.断续缝焊,机一
9、电特点为：滚轮电极连续旋转、焊件等速移动，焊接电流断续通过，每“通-断”一次，形成一个焊点。,断续缝焊在生产中得到最广泛地应用，焊接电流采用工频交流或电容贮能电流波形(频率可调)，用以制造黑色金属气密、水密和油密焊缝，缝焊速度一般均0.54.3mmin。例如FNl150型缝焊机，即属此类。,缝焊焊接循环示意图,3.步进缝焊,机电特点为：滚轮电极断续旋转、焊件相应断续移动，焊接电流在电极与焊件皆为静止时通过。焊点形成后，滚轮电极重新旋转，传动焊件前移一定距离(步距)，每“通一移”一次形成一个焊点。,步进缝焊是一种高质量的缝焊方法，焊接电流采用直流冲击波、三相低频和次级整流电流波形，用以制造铝合金
10、、镁合金等的密封焊缝，缝焊速度一般较低，但为0.2一0.6mmin。,缝焊焊接循环示意图,对缝焊质量的一般要求,缝焊主要应用在薄壁容器的制造上，因此接头的质量要求首先是应具有良好的密封性和耐蚀性。通常在材料焊接性良好时，缝焊接头的静载强度不低于母材金属，因为焊缝的截面积通常是母材纵截面的2倍以上(板愈薄这个比率愈大)，破坏必然发生在母材热影响区上。因此，缝焊结构很少强调接头强度，通常以能通过枕形件(密封性)压力试验即可。缝焊接头的应力分布比点焊接头均匀，但是与其它缝焊(指熔焊)方法相比，电阻缝焊接头疲劳寿命较短。,缝焊时的电流场相当于单块板点焊与两块板点焊时二个电流场的组合。电流密度的分布为不
11、对称，在未焊合的贴合面前沿形成峰值，其机理仍然是边缘效应的影响。因此，缝焊时的电流场特征仍能保证在贴合面处具有集中加热的效果和保证熔核的正常生长。,缝焊时的电流场,缝焊时，已焊点对焊接区既有分流作用，同时又有预热作用，但二者对焊接区的加热过程具有相反的影响。考虑到分流的影响，缝焊时焊接电流的选择往往比点焊时大，这又进一步加强预热作用。当然，缝焊时焊接区对巳焊点又有缓冷的作用，这一切都使缝焊时的温度场比点焊时要复杂的多。当缝焊速度提高时，会使滚轮电极与焊件间的接触电阻增大、析热作用增强，同时，滚轮电极对焊接区的散热作用减弱，这些情况将使温度场畸变，造成缝焊时易出现滚轮电极的表面粘损和焊缝表面质量
12、变坏。,缝焊时的温度场,缝焊温度分布比点焊平缓，焊接方向的金属因预热作用温度比点焊时高，而已焊部分金属因分流电流的缓冷作用温度比前沿更高，形成前低后高的不对称温度分布形态。当提高焊速时，该温度分布曲线将向前沿降低、后沿升高的方向变化，这时易出现焊件表面的过热、过烧现象。焊接速度对温度场形态有重大影响。,缝焊接头形成过程特点,缝焊时，每一焊点同样要经过预压、通电加热和冷却结晶三个阶段。但由于缝焊时滚轮电极与焊件间相对位置的迅速变化，使此三阶段不像点焊时区分的那样明显。,在滚轮电极极直接压紧下，正被通电加热的金属，系处于通电加热阶段”；即将进入滚轮电极下面的邻近金属，受到一定的预热和滚轮电极部分压
13、力作用，系处在“预压阶段”；刚从滚轮电极下面出来的邻近金属，一方面开始冷却，同时尚受到滚轮电极部分压力作用，系处在“冷却结晶阶段”。,因此，正处于滚轮电极下的焊接区和邻近它的两边金属材料，在同一时刻将分别处于不同阶段。而对于焊缝上的任一焊点来说，从滚轮下通过的过程也就是经历“预压一通电加热一冷却结晶”三阶段的过程。由于该过程处在动态下进行的，预压和冷却结晶阶段时的压力作用不够充分，就使缝焊接头质量一般比点焊时差，易出现裂纹、缩孔等缺陷。,缝焊规范参数选择,1.焊接电流,缝焊时的分流，焊接电流应比点焊时增加1540%，具体数值视材料的导电性、厚度、相互叠量(或点距)而定。随着焊接电流的增大，焊透
14、率及重叠量增加。应该注意，当焊接电流满足接头强度要求后，继续增大焊接电流，虽可获得更大的焊透率和重叠量，但却不能提高接头强度(因为接头强度受板厚限制)，因而是不经济的。同时，由于焊接电流过大，可能产生过深的压痕和烧穿，使接头质量反而降低。,2。电流脉冲时间和脉冲间隔时间,缝焊规范参数选择,缝焊时，可通过电流脉冲时间来控制熔核尺寸，调整脉冲间隔时间来控制熔核的重叠量。因此，二者应有适当的配合。一般说，在用较低焊速缝焊时，电流脉冲时间与脉冲间隔时间的比值为1.252，可获得良好的结果。而随着焊速增大将引起点距加大、重叠量降低，为保证焊缝的密封性，必将提高电流脉冲时间与脉冲间隔时间的比值。因此，在采
15、用较高焊速缝焊时，电流脉冲时间与脉冲间隔时间的比值为3或更高。,3。电极压力,缝焊规范参数选择,缝焊时压力作用不充分，电极压力应比点焊时增加20-50%，具体数值视材料的高温塑性而定。,在焊接电流较小时，随着电极压力的增大，将使熔核宽度显著增加(熔核宽度与重叠量有一定关系；熔核宽度增加引起点距加大、重叠量降低)、重叠量下降，破坏了焊缝的密封性。,在焊接电流较大时，电极压力可以在较大的范围内变化，其熔核宽度(代表了重叠量)、焊透率变化较小并能符合要求。此时，电极压力的影响不像点焊时那样大。,当焊接电流更大些时，尽管电极压力发生很大的变化，但熔核宽度、焊透率均波动很小。但是，不能选择这一更大的电流
16、，理由正如前所述，不仅不能提高接头强度反而使接头质量降低,焊接速度是影响缝焊过程的最重要参数之一。缝焊时，随着焊接速度的增大，接头强度降低，当所用焊接电流较小时，下降的趋势更严重。同时，为使焊接区获得足够热量而试图提高焊接电流时，将很快出现焊件表面过烧和电极粘损现象，即使增大水冷也很难改善。因此，在缝焊时，试图用加大焊接电流来提高焊速进而获得高生产率是困难的。研究表明，随着板厚的增加，缝焊速度必须减慢。,缝焊规范参数选择,4。焊接速度,缝焊规范参数选择,5。滚轮电极端面尺寸,滚轮电极端面是缝焊时与焊件表面相接触的部分。滚轮电极端面尺寸的变化对接头质量的影响为点焊时电极端面尺寸的影响相似，由于缝焊的加热特点使这种影响比点焊时更为严重。因此，对端面尺寸变化的限制比点焊时更为严格。,缝焊焊接性,金属材料的缝焊焊接性比其点焊焊接性差，原因主要是缝焊过程及规范参数复杂、机械(力)作用不充分，以及缝焊接头的密封性和耐蚀性要求使其对缺陷的敏感性增大。但是，缝焊接头仍然是在热一机械(力)联合作用下形成的，这就使缝焊与点焊并无实质上的不同。一般认为，判断金属材料点焊焊接性的主要标志对缝焊也是适用的：金
