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1、精品课程,材料成形装备及自动化 第四章 （4.3） 华中科技大学材料科学与工程学院 School of Material Science and Technology ， HUST,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,4.3,电阻焊装备及自动化,4.3.1 电阻焊原理及分类 电阻焊原理：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 的热和机械力作用是获得电阻焊优质接头的基本条件。 电阻焊机：向焊接区提供热和机械力，即电
2、流和压力而实现电阻焊 的装置 特点：机械化和自动化高度程度高 分类：如图4-45所示。 电阻焊机应用最多的是点焊机、凸焊机、缝焊机和对焊机4种，其 中点焊机又是它们中最多的。,第四章,金属连接成形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,图4-45,电 阻 焊 分 类,电 阻 焊,交 流 焊,直 流 焊,脉 冲 焊,低频焊,工频焊,高频焊,点 焊,缝 焊,对 焊,点 焊,缝 焊,对 焊,对,接 逢,焊,点 焊,缝 焊,对 焊,电容贮能焊,直流冲击波焊,点 焊,缝 焊,对 焊,点 焊,缝 焊,4.3.1 电阻焊原理及分类,第四章,金属连接成
3、形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,4.3.2 电阻焊机的基本结构,电阻焊机的基本结构包含三个部分：主电力电路、机械结构、控制装 置。 （1）主电力电路 电阻焊机的主电力电路或称功率电路，包括从电网开始的所 有初、次级主电流所流经的路程组件，如图4-46所示。,第四章,金属连接成形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,a) 交流单相电阻焊机 c) 低频电阻焊机,b) 电容储能电阻焊机 d) 次级整流电阻焊机,SCR晶闸管,T焊接变压器 R整流装置,S极性转换开关 C充放电
4、电容器组,D次级整流元件 Dr分流二极管,4.3.2 电阻焊机的基本结构 图4-46,第四章,金属连接成形设备及自动化 各种电阻焊机的主电力电路,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（2）机械结构 电阻焊机的机械结构是实施电阻焊时给焊接区加压的重要部件。 它包括机架、电极加压机构和传动机构。电极加压机构和传动机构在 点、缝、对焊机中各有不同；点焊机中主要有电极臂、电极握杆及杠 杆或气液压加压传动机构；缝焊机中主要有电极臂、滑动轴承、气液 压加压系统、滚轮电极转动传动系统；对焊机中主要有动、静夹的夹 紧机构和顶锻机构。,4.3.2 电阻焊机的基本结
5、构,第四章,金属连接成形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,（3）控制装置 电阻焊机控制装置的任务是实现焊接电流、电极压力、夹紧力、 顶锻力等工艺参数的调节与控制，保证焊接循环中各阶段工艺参数的 动态波形相互匹配及时间控制。对要求严格控制焊接质量的焊机还可 实现工艺参数的自动调整和焊接质量的监控。 控制装置主要由焊接电流控制器、焊接程序控制器和电网同步装 置等组成，其中电流控制器和程序控制器是两大核心部分。,4.3.2 电阻焊机的基本结构,第四章,金属连接成形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及
6、自动化,精 品 课 程,4.3.2 电阻焊机的基本结构,焊接电流的控制有简单的电磁接触器式和精确的电子开关式。由 于采用电子开关，可以实现与电网同步控制。它不但能使焊接电流在 电网电压的固定相位接通和断开，同时用移动相位角可实现热量控制。 焊接程序的控制通常由程序转换电路和定时电路组合的控制单元 实现。焊接程序实质上是一个电阻焊的循环程序。简单的循环程序为 预压、加热焊接、冷却结晶（维持加压），休止四个程序段。 当电极压力使用梯形、马鞍形或任意可调的压力循环，电流使用 预热、焊接、回火等阶段值时，焊接程序就会变成复杂的循环程序。 复杂的循环程序焊接可以适应于特殊的工艺要求。为此，电阻焊机的 控
7、制器采用微机控制已越来越广泛，除了可方便设置复杂的程序控制 外，还设置了电网电压补偿、电流斜率控制、恒流控制、功率因数自 适应控制、自动补偿电极端面增大的电流调节，且还可方便设定数组 焊接工艺参数、监控以及实现多台焊机的群控。,第四章,金属连接成形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,统,8.机身,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 点焊机是在电极间的工件上产生点状焊接区的电阻焊设备。通用点 焊机组成如图4-47所示。 图447 点焊机组成示意图 1.加压机构 2.焊接回路 3.阻焊变压器 4.电力开关 5.控 制
8、器 6.功率调节机构 7.冷却系,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 按用途分为：通用型、专用型、特殊型 按安装方式分为：固定式、移动式或轻便式 按加压机构传动方式分为：脚踏式、电动凸轮式、电磁式、气压式、液 压式、复合式 按活动电极移动方式为：垂直行程式、圆孤行程式 按焊接电流波形分为：交流型、低频型、电容贮能型、直流型（包括二 次整流式和逆变式） 按电极类型可分为：单点、双点、多点,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设
9、备及自动化 4.3.3 点焊装备 （1）加压机构 点焊机加压机构应具有刚性好、动作灵活、随动性好，以及具 有适应焊接工艺要求的压力变化曲线（恒定压力、阶梯形压力及马鞍 形压力等）。其常用加压机构类型及应用范围见表4-4。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,表44,常用加压机构类型,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,图448,气路原理图,1气缸,2节流阀（带消声器）,3二位四通电磁阀,4储气筒（带排水阀）,5气源,6截止阀,7滤清器,8减压阀
10、,9油雾器,1 0二位四通电磁阀,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 目前，广泛应用的双行程快速点焊气压传动加压机构，其中气路 系统的典型组成如图4-48所示。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 （2）焊接电流波形 1）工频焊接电流波形 由工频交流点焊机提供，这种焊机的主要电气框图及焊接电流波 形如图4-49。阻焊变压器经级数换接器（即功率调节机构）和开关（ 晶闸管电力开关）接于工频交流电网，由控制装置决定了开关导通时 刻的不同，二次回路中可获得不同波形。 2）次级整流
11、焊接电流波形 由次级整流点焊机提供，电流波形属直 流型。这种焊机主要电气框图及焊接电流波形如图4-50，即在阻焊变 压器的二次输出端接入大功率硅整流器，使得二次回路中流过的是整 流后的直流电流。 一般次级整流点焊机有单相全波整流、三相半波整流和三相全波 整流三种类型，其电气原理如图4-51所示。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 图4-49 工频交流点焊机电气框图及焊 接电流波形 a）连续波形 b）断续波形 c）调幅波形 d）半波波形,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形
12、装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 图4-50 二次整流电阻焊机电气框图及焊接电流波形 a）电气框图 b）焊接电流波形（感性负载）,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,一般次级整流点焊机有单相全波整流、三相半波整流和三相全波整 流三种类型，其电气原理如图4-51所示。 图4-51 二次整流电阻焊机主电路的三种基本形式 a）单相全波整流 b）三相半波整流 c）三相全波整流,4.3.3 点焊装备,第四章,金属连接成形设备及自动化,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精
13、品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 次级整流点焊机具有以下特点： .由于二次输出为直流，回路感抗几乎为零，且电流不过零，热 效率高，因此获得同样大小的焊接电流所需的二次空载电压和功率比交 流焊机低得多，其视在功率只有交流焊机的1/31/5； .由于次级整流点焊机通常采用三相供电，因此负载均衡，线电 流小，对供电电网冲击小，利用率高； .由于二次输出为直流，回路感抗几乎为零，焊机臂伸长、大开 度以及回路内伸入磁性物质均不影响焊接电流输出大小，因此特别适用 于大面积钢板件的点焊和长臂悬挂式点焊机的应用；,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自
14、动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 .由于直流电的集束效应，电流更集中地流过焊接的中心部， 使焊点在电极对轴向上尺寸长，穿透力强，可达到多层钢板一次焊成的 效果； .由于直流电主要受回路电阻影响，因此焊接回路电流可随焊 接区电阻的变化作自动补偿，从而可减小电极与焊件的粘损和喷溅、分 流的影响等。 二次整流点焊机的独特优点，使它的通用性很强，不仅能焊碳钢， 还能焊接导热性好的轻合金、铜合金，还适合于大型构件的焊接。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备
15、（3）点焊电极 正确选用电极是获得点焊优质接头的重要手段。 1）电极的功用 .向焊接区传输电流； .向焊接区传递压力； .导散焊件表面及焊接区的部分热量； .调节和控制点焊加热过程中的热平衡； .将工件定位、夹持于适当的位置等。 2）对电极材料的要求 .有足够的高温硬度与强度，再结晶温度高； .有高的抗氧化能力并与焊件材料形成合金的倾向小； .在常温和高温下都有合适的导电、导热性； .具有良好的加工性能等。,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 图4-52 点焊电极的典型形式 a）标准直电极 b）弯电极 c）帽式电极 d）旋转头电极 e）插头电极 f）螺纹电极 g）盖式电极,.,华中科技大学材料科学与工程学院,EAMP,材料成形装备及自动化,精 品 课 程,第四章,金属连接成形设备及自动化 4.3.3 点焊装备 （4）控制系统 通用点焊机目前都采用集成电路组成的同步控制系统，这时主电力 开关可以控制在电网电压每半周固定相位下接通，而在电流过零时断
