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1、第八章电阻焊1本讲稿第一页，共三十六页介绍介绍电阻焊定义：焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流流过电阻焊定义：焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流流过焊接区所产生的电阻热加热工件，使要焊接部位达到局部熔化焊接区所产生的电阻热加热工件，使要焊接部位达到局部熔化或高温塑性状态，通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。或高温塑性状态，通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。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，在结合面个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离，形成金
2、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。上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、焊缝或对接接头。分类：分类：1.按接头形式和工艺特点分：点焊；缝焊；对焊。按接头形式和工艺特点分：点焊；缝焊；对焊。2.按电流分按电流分:交流、直流、脉冲交流、直流、脉冲优点：优点：1）接头质量高；）接头质量高；2）辅助工序少）辅助工序少3）不需要填充材料）不需要填充材料4）生产效率高，易于实现自动化）生产效率高，易于实现自动化 缺点：缺点：1）无损检验困难；）无损检验困难；2）设备复杂，维修困难，一次性投资）设备复杂，维修困难，一次性投资高。高。本讲稿第二页，共三十六页介绍介绍一、定义一、定义
3、焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金属，用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。二、特点二、特点1。靠尺寸不大的熔核连接；。靠尺寸不大的熔核连接；2。在大电流、短时间的条件下焊接；。在大电流、短时间的条件下焊接；3。在热和机械力联合作用下形成焊点。在热和机械力联合作用下形成焊点。本讲稿第三页，共三十六页本讲稿第四页，共三十六页三、分类三、分类1。按焊接电流波形分。按焊接电流波形分工频工频 50或或60Hz低频低频 310Hz
4、 2.5kHz450kHz交流交流高频高频脉冲脉冲电容储能电容储能直流冲击波直流冲击波本讲稿第五页，共三十六页2。按工艺特点分。按工艺特点分双面单点双面单点单面双点单面双点单面单点单面单点本讲稿第六页，共三十六页四、对点焊质量的要求四、对点焊质量的要求1）熔核直径）熔核直径或或板厚板厚2）焊透率）焊透率3）压痕）压痕520%1。熔核尺寸的几个基本概念。熔核尺寸的几个基本概念本讲稿第七页，共三十六页2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热循环极）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热循环极为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于被强烈淬硬为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低
5、。这时，尽管具有足够大而使强度、塑性急剧降低。这时，尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与熔核及热影响区的组织及取决于熔核尺寸，而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。缺陷有关。1）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循环不）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易产生组织敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关；缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关；2。对点焊质量的要求。对点焊质量的要求本讲稿第八页，共三十六页第二节第二节 点焊时的
6、电阻及加热点焊时的电阻及加热一、一、点焊时的电阻点焊时的电阻本讲稿第九页，共三十六页1。接触电阻。接触电阻接触电阻形成原因示意图接触电阻形成原因示意图1）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。本讲稿第十页，共三十六页2)影响因素：影响因素：（1)表面状态表面状态a)清理方法清理方法b)存放时间存放时间c)表面粗糙度表面粗糙度(2)压力压力电极压力电极压力接接触触电电阻阻“滞后滞后”效效应应(3)温度温度本讲稿第十一页，共三十六页等于等于与与并联值并联值2.焊件内部电阻焊件内部电阻1)几何特点几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件接触导电区
7、域远远大于以电极与焊件接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积 本讲稿第十二页，共三十六页 电流场与电流密度分布电流场与电流密度分布 a)导线中导线中 b)单块板中单块板中 c)点焊时点焊时 i一电流线一电流线 j一电流密度一电流密度 jc一平均电流密度一平均电流密度本讲稿第十三页，共三十六页预压时，电极压力的应力分布预压时，电极压力的应力分布本讲稿第十四页，共三十六页 电流场与电流密度分布电流场与电流密度分布 a)导线中导线中 b)单块板中单块板中 c)点焊时点焊时 i一电流线一电流线 j一电流密度一电流密度 jc一平均电流密度一平均电流密度本讲稿第十五页，共三十
8、六页2）边缘效应与绕流现象）边缘效应与绕流现象边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。流场呈双鼓形。原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积截面积。绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散的现象。流线从中间向四周扩散的现象。本讲稿第十六页，共三十六页3）焊件内部电阻的近似计算）焊件内部电阻的近似计算本讲稿第十七页，共三十六页0 1 2 3 4 5 6
9、1.00.80.60.40.2与不均匀加热程度有关，可在与不均匀加热程度有关，可在0.80.9范围内选范围内选取。硬规范点焊时，焊接区温度很不均匀，应选取。硬规范点焊时，焊接区温度很不均匀，应选低值；软规范点焊时，则取高值。低值；软规范点焊时，则取高值。本讲稿第十八页，共三十六页3）影响因素：影响因素：综上所述，边缘效应、绕流现象，均使点焊时焊综上所述，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与焊件接触面为底件的导电范围不能只限制在以电极与焊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
10、。凡是影响电流场分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。这些因素可归纳为；布的因素必然影响内部电阻。这些因素可归纳为；（1）金属材料的热物理性质）金属材料的热物理性质（2）机械性能）机械性能（3）点焊规范参数及特征）点焊规范参数及特征（4）焊件厚度等。）焊件厚度等。本讲稿第十九页，共三十六页3 3。焊接区的总电阻：。焊接区的总电阻：点焊过程中，焊件点焊过程中，焊件焊件和电极焊件和电极电极的接触状电极的接触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因此，引起焊态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因此，引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲接区的电阻也
11、不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强调的是，由于材料性能的线叫做动态电阻曲线。需要强调的是，由于材料性能的不同，不同，不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大化相差很大。本讲稿第二十页，共三十六页1）低碳钢）低碳钢本讲稿第二十一页，共三十六页 在在低低碳碳钢钢的的点点焊焊过过程程中中，焊焊接接区区动动态态阻阻的的变变化化规规律律可可以分为以下几个阶段以分为以下几个阶段 ：下下降降段段t0t1：由由于于接接触触电电阻阻的的迅迅速速降降低低及及消消失失所所造造成成。该该阶阶段段的的主主要要特特点点是是时时间间短短，曲曲
12、线线呈呈陡陡降降（例例如如，点点焊焊1.21.21.2mm1.2mm冷冷轧轧低低碳碳钢钢板板，该该段段时时间间约约为为(1(12 2周周波波)，焊焊接接区区金金属属未未熔熔化化但但有有明明显显加加热热痕痕迹迹。值值得得注注意意的的是是，当当加加热热速速度度较较快快时时，该该阶阶段段将难以观测到。将难以观测到。本讲稿第二十二页，共三十六页上上升升段段t1t2：随随着着加加热热的的进进行行，焊焊接接区区温温度度升升高高，金金属属电电阻阻率率 的的增增加加很很快快由由于于焊焊接接区区金金属属基基本本处处于于固固态态，接接触触面面增增加加缓缓慢慢，因因而而的的增增大大起起主主要要作作用用，曲曲线线上上
13、升升较较快快。经经过过一一段段时时间间加加热热后后，焊焊接接区区温温度度已已比比较较高高，的的增增大大速速率率减减小小，而而焊焊接接区区导导电电面面积积增增加加较较快快，结结果果使使动动态态电电阻阻增增加加速速率率减减缓缓,最最终终达达到到最最大大值值。一一般般认认为为，接接近近峰峰值值点点时时焊焊接接区区金金属属已已局局部部熔熔化化，开开始始形形成成熔熔核核，达达到到温温度度稳稳定定点点。因因为为继继续续加加热热，金金属属将将不不断断由由固固态态变变成成液液态态，使使熔熔核核逐逐渐渐增增大大，但但此此时时输输入入功功率作为潜热消耗，焊点温度不再升高。率作为潜热消耗，焊点温度不再升高。本讲稿第
14、二十三页，共三十六页再再次次下下降降段段t t2 2t t3 3：继继续续加加热热使使熔熔化化区区及及塑塑性性环环不不断断扩扩展展，虽虽然然金金属属由由固固相相向向液液相相转转变变时时电电阻阻率率有有突突然然的的增增大大，但但由由于于绕绕流流现现象象，使使得得主主要要通通过过焊焊接接电电流流的的金金属属区区域域电电阻阻率率并并没没有有明明显显增增大大。绕绕流流现现象象使使电电极极下下的的导导电电通通路路截截面面增增大大：另另一一方方面面，由由于于金金属属的的明明显显软软化化使使接接触触面面积积迅迅速速增增大大，电电流流场场的的边边缘缘效效应应减减弱弱。结结果果均均使使得得焊焊接接区区的的电电阻
15、阻减减小小，曲曲线下降。线下降。本讲稿第二十四页，共三十六页平稳段平稳段t t3 3以后以后：由于电极与焊件接触面尺寸的：由于电极与焊件接触面尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间，使焊件间间隙限制以及塑性金属被挤到两焊件之间，使焊件间间隙加大（板缝翘离），限制了熔核和导电面积的增大。加大（板缝翘离），限制了熔核和导电面积的增大。同时，由于电流场和温度场均进入准稳态，熔核和塑同时，由于电流场和温度场均进入准稳态，熔核和塑性环尺寸也基本保持不变，动态电阻曲线将日趋平稳。性环尺寸也基本保持不变，动态电阻曲线将日趋平稳。本讲稿第二十五页，共三十六页不同焊接电流时动态电阻曲线不同焊接电流时动态电阻曲线
16、 本讲稿第二十六页，共三十六页2）不锈钢）不锈钢本讲稿第二十七页，共三十六页二、点焊时的加热特点二、点焊时的加热特点 1。电阻对点焊加热的影响电阻对点焊加热的影响 1 1）接触电阻：产热）接触电阻：产热510%作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用焊接电流的均匀化流过起重要作用 2 2）内部电阻：）内部电阻：9095%作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共同作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。本讲稿第二十八页，共三十六页2.电流场分布对
17、点焊加热的影响电流场分布对点焊加热的影响 点焊时的电场点焊时的电场 其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数，例如，占总电流的百分数，例如，80的电流线是指它限定的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的的范围内通过的电流占总电流的80。本讲稿第二十九页，共三十六页点焊时各典型截面的电流密度分布点焊时各典型截面的电流密度分布本讲稿第三十页，共三十六页1)1)集中加热集中加热 点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，其结果就使贴合面处产生了集中生集中收缩，其结果就使贴合面处产生了集中加热效
18、果，而该处正是点焊时所需要连接的部加热效果，而该处正是点焊时所需要连接的部位位本讲稿第三十一页，共三十六页2)2)塑性环塑性环 贴合面的边贴合面的边缘电流密度出现缘电流密度出现峰值，该处加热峰值，该处加热强度最大，因而强度最大，因而将首先出现密封将首先出现密封的塑性连接区，的塑性连接区，此密封环对保证此密封环对保证熔核的正常生长，熔核的正常生长，防止氧化和飞溅防止氧化和飞溅的产生有利。的产生有利。本讲稿第三十二页，共三十六页3)3)不均匀的温度场不均匀的温度场 本讲稿第三十三页，共三十六页4 4。点焊的热平衡。点焊的热平衡 熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量的熔化母材金属形成熔核的热量，占
19、总产热量的1030%，其大小取决于金属热物理性质，其大小取决于金属热物理性质、熔、熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。核大小（熔化金属量），与规范特征无关。由散热而损失的热量，占总产热量的由散热而损失的热量，占总产热量的7090%。散。散热途径：工件热传导，对流，辐射。最主要是电热途径：工件热传导，对流，辐射。最主要是电极散热，占极散热，占3050%（铜电极水冷）其次是工件（铜电极水冷）其次是工件热传导热传导20%,对流辐射占对流辐射占5%,与电极形状与电极形状,材料物理性材料物理性质质,焊接规范均有关焊接规范均有关.本讲稿第三十四页，共三十六页5.点焊热源的特点点焊热源的特点1)电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。2)内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度分布分布(例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温度低度低)，散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意，散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。义。本讲稿第三十五页，共三十六页本讲稿第三十六页，共三十六页