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1、焊接方法与设备第8章 电阻焊 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电阻焊是利用本身的电阻热及大量塑性变形能量而形成焊缝或接头的。与熔焊不同，熔焊是利用外加热源使连接处熔化，凝固结晶形成焊缝的。电阻焊现已在航空、汽车、自行车、地铁车辆、建筑行业、量具、刃具及无线电器件等工业生产中得到了广泛的应用。电阻焊是压焊中应用最广的一种焊接方法。2第一节第一节 电阻焊的原理及特点电阻焊的原理及特点一、一、电阻焊基本原理及特点电阻焊基本原理及特点1 1电阻焊基本原理电阻
2、焊基本原理 电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊时，产生电阻热的电阻有工件之间的接触电阻，电电阻焊时，产生电阻热的电阻有工件之间的接触电阻，电极与工件的接触电阻和工件本身电阻三部分。产生电阻热极与工件的接触电阻和工件本身电阻三部分。产生电阻热的电阻用公式表示为的电阻用公式表示为 R=2Rew+Rc+2Rw R=2Rew+Rc+2Rw 式中，式中，RewRew为电极与工件接触电阻；为电极与工件接触电阻；RcRc为工件之间的接触为工件
3、之间的接触电阻；电阻；RwRw为工件本身电阻。为工件本身电阻。3图81 点焊时电阻分布示意图Rew 电极与工件接阻电阻 Rw 工件本身电阻 Rc工件之间的接触电阻4绝对平整、光滑和洁净无瑕的表面是不存在的，即任何表面都是凹凸不平的。当两个焊件相互压紧时，它们不可能在整个平面相接触，而只是在个别凸出点接触，电流就只能沿这些实际接触点通过，使电流流过的截面积减少，从而形成接触电阻。接触面总是小于焊件的截面积，并且焊件表面还可能有导电性较差的氧化膜或污物，故接触电阻总是大于工件本身电阻。电极与工件的接触较好，接触电阻较小，可忽略。电阻焊过程中，焊件间接触面上产生的电阻热，是电阻焊的主要热源。5小提示
4、小提示接触电阻的大小与电极压力、材料性质、焊件表面状况以及温度有关。任何能够增大实际接触面积的因素，都会减小接触电阻，如增加电极压力，降低材料硬度，增加焊件温度等。焊件表面存在着氧化膜和其它脏物时，会显著增加接触电阻。6材料材料：碳素钢、合金钢、铝、铜及其合金等碳素钢、合金钢、铝、铜及其合金等结构结构：广泛（多为轻型接头）广泛（多为轻型接头）四、电阻焊的应用四、电阻焊的应用2.2.2.2.电阻焊的特点电阻焊的特点电阻焊的特点电阻焊的特点缺点缺点：优点优点：生产率高生产率高 焊接质量好焊接质量好 焊接成本低焊接成本低 劳动条件好劳动条件好 对参数波动敏感对参数波动敏感 焊后难于无损检测焊后难于无
5、损检测 结构受较多限制结构受较多限制 设备功率大、复杂设备功率大、复杂7图8-2 电阻焊分类二、二、电阻焊的分类及应用电阻焊的分类及应用8目前常用的电阻焊方法主要是点焊、缝焊、对焊和凸焊91.点焊点焊按对焊件供电的方向，可分为单向点焊和双向点焊；按一次形成的焊点数，可分为单点、双点、多点点焊；按加压传动机构，可分为气压式、液压式、电动凸轮式、复合式、脚踏式等；按安装方式，可分为手提式、悬挂式、固定式等。点焊接头采用搭接形式，主要适用于采用搭接接头，接头不要求气密、焊接厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。目前广泛应用于汽车驾驶室、金属车厢复板、家具等低碳钢产品的焊接。在航空航天工业中，多用于连
6、接飞机、喷气发动机、火箭、低合金钢、不锈钢、铝合金及钛合金等材料制成的导弹的部件。10图8-4 常用点焊方法a)双面单点焊 b)单面双点焊 c)单面单点焊 d)双面双点焊 e)多点焊1-电极 2-焊件 3-铜垫板112.缝焊缝焊与点焊相似，也是搭接形式。在缝焊时，以旋转的滚盘代替点焊时的圆柱形电极。缝焊的焊缝实质上是由许多彼此相重叠的焊点组成。缝焊由于它的焊点重叠，故分流很大，因此焊件不能太厚，一般不超过2mm。缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱以及喷气发动机、火箭、导弹中密封容器的薄板焊接。12133.对焊对焊是将工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态
7、，然后迅速施加顶锻力从而完成焊接的方法。对焊为对接接头，按加压和通电方式分为电阻对焊和闪光对焊。（1）电阻对焊电阻对焊的接头较光滑，无毛刺，焊接过程较简单，但其力学性能较低，因此仅用于小断面（小于250mm2）金属型材的焊接，如管道、拉杆、小链环等。（2）闪光对焊闪光对焊是对焊的主要形式，在生产中应用十分广泛。闪光对焊，接头质量较高，生产率也高，故常用于重要的受力对接件。闪光对焊的可焊材料很广，所有钢及有色金属几乎都可以闪光对焊，通常对焊件的横截面积小则几百平方毫米，大则达数万平方毫米。144.凸焊凸焊是点焊的一种变型，是在一工件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一工件表面相接触并
8、通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。凸焊的种类很多，除了板件凸焊外，还有螺帽，螺钉类零件凸焊、线材交叉凸焊，管子凸焊和板材T型凸焊等。凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。板件凸焊最适宜的厚度为0.54mm。15凸焊16第二节第二节 电阻焊设备电阻焊设备 一、一、电阻焊电源及电极电阻焊电源及电极1电阻焊电源电阻焊电源电阻焊常采用工频变压器作为电源，电阻电阻焊常采用工频变压器作为电源，电阻焊变压器的外特性采用下降的外特性。电焊变压器的外特性采用下降的外特性。电阻焊变压器具有以下特点：阻焊变压器具有以下特点：17（1）电流大、电压低常用的电流为2kA40kA。电压低，固定式焊
9、机通常在10V以内，悬挂式点焊机24V左右。（2）功率大、可调节一般电阻焊电源的容量均可达几十kVA，大功率电源甚至高达1000kVA以上。要求焊机的功率应可方便地调节。（3）断续工作状态、无空载运行变压器处于断续工作的状态。18 2.电极电极 材料：要求导电、导热好材料：要求导电、导热好 高温强、硬度高高温强、硬度高 耐磨耐磨 形成合金倾向小形成合金倾向小 结构：端部、主体、尾部、冷却水孔结构：端部、主体、尾部、冷却水孔 形式：标准形式：标准 特殊特殊 标准电极的五种形式标准电极的五种形式（下图）（下图）19特殊形状的电极20二、二、点焊机及对焊机点焊机及对焊机1.点焊机固定式点焊机的结构及
10、外形如图87所示。它是由机座、加压机构、焊接回路、电极、传动机构和开关及调节装置所组成。其中主要部分是加压机构、焊接回路和控制装置。21图87 点焊机a)构造 b)外形1-电源 2-加压机构 3-电极 4-焊接回路 5-机架 6-传动与减速机构 7-开关与调节装置22点焊机：通用、专用、特殊型点焊机：通用、专用、特殊型/固定式、移动式、轻便式固定式、移动式、轻便式固定式通用点焊机固定式通用点焊机固固定定式式专专用用多多点点焊焊机机移移动动式式点点焊焊机机轻轻便便式式点点焊焊机机232.对焊机对焊机的结构如图88所示。它是由机架，焊接变压器，活动电极和固定电极，送给机构，夹紧机构等部分组成。24
11、图88 对焊机 a)构造 b)外形1-固定夹具 2-夹紧机构与电极 3-活动夹具 4-导轨 5-送给机构 6-调节闸刀 7-机架 8-电源进线25凸焊设备：凸焊设备：可在点焊机上实现凸焊，可在点焊机上实现凸焊，也可用专用的凸焊机也可用专用的凸焊机26缝焊设备缝焊设备27第三节第三节 常用电阻焊工艺常用电阻焊工艺一一、点焊工艺点焊工艺1点焊焊接循环点焊的焊接循环由四个基本阶段，如图8-9所示。（1）预压阶段电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。（2）焊接阶段焊接电流通过工件，产热形成熔核。（3）结晶阶段切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核冷却结晶，此阶段也称锻压阶段。（4
12、）休止阶段电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。28图8-9 点焊的焊接循环292点焊接头形式点焊接头形式为搭接和卷边接头，如图810所示。接头设计时，必须考虑边距、搭接宽度、焊点间距、装配间隙等。（1）边距与搭接宽度边距是焊点到焊件边缘的距离。边距的最小值取决于被焊金属的种类、焊件厚度。搭接宽度一般为边距的两倍。30（2）焊点间距焊点间距是为避免点焊产生的分流而影响焊点质量所规定数值。分流是指点焊时不经过焊接区，未参加形成焊点的那一部分电流。分流使焊接区的电流降低，有可能形成未焊透或使核心形状畸变等。焊点间距过大，则接头强度不足；焊点间距过小又有很大的分流，所以应控制焊点间距。
13、（3）装配间隙接头的装配间隙尽可能小，因为靠压力消除间隙将消耗一部分压力，使实际的压力降低。一般为0.1mm1mm。31图810 点焊接头形式a）搭接接头 b）卷边接头 e点距 b边距32棒与棒及棒与板点焊接头形式333点焊结构形式344焊点尺寸焊点尺寸包括熔核直径、熔深和压痕深度。图813焊点尺寸d-熔核直径-焊件厚度C-压痕深度h-熔深35熔核直径与电极端面直径和焊件厚度有关，熔核直径与电极端面直径的关系为d（0.91.4）d极,同时应满足下式：d23压痕深度C是指焊件表面至压痕底部的距离，应满足下式：C（0.10.15）365熔核偏移及其防止（1）熔核偏熔核偏移是不等厚度、不同材料点移焊
14、时，熔核不对称于交界面而向厚板或导电、导热性差的一边偏移的现象。37（2）防止熔核偏移的方法防止熔核偏移的原则是：增加薄板或导电、导热好的工件的产热，还要加强厚板或导电、导热差的工件的散热。1）采用强规范2）采用不同接触表面直径的电极3）采用不同的电极材料 4）采用工艺垫片386点焊工艺参数点焊工艺参数主要包括焊接电流、焊接时间、电极压力、电极端部形状与尺寸等。（1）焊接电流电流太小、则能量过小，无法形成熔核或熔核过小。电流太大、则能量过大，容易引起飞溅的产生。（2）焊接时间焊接时间一般以周波计算，一周波为0.02秒。（3）电极压力随着电极压力的增大，则接触电阻减小，使电流密度降低，从而减慢加
15、热速度，导致焊点熔核直径减小。如在增大电极压力的同时，适当延长焊接时间或增大焊接电流，可使焊点熔核增加，从而提高焊点的强度。（4）电极工作端面的形状和尺寸根据焊件结构形式、焊件厚度及表面质量要求等的不同，应使用不同形状的电极。39二、对焊工艺二、对焊工艺1焊件准备闪光对焊的焊件准备包括：端面几何形状、毛坯端头的加工和表面清理。闪光对焊时，两工件对接面的几何形状和尺寸应基本一致（如图815）。在生产中，圆形工件直径的差别不应超过15%，方形工件和管形工件不应超过10%。在闪光对焊大断面工件时，最好将一个工件的端部倒角，使电流密度增大，以便于激发闪光。对焊毛坯端头的加工可以在剪床、冲床、车床上进行
16、，也可以用等离子或气焰切割，然后清除端面。闪光对焊时，因端部金属在闪光时被烧掉，故对端面清理要求不甚严格，但对夹钳和工件接触面要严格清理。40图815闪光对焊的接头形式a)合理的 b)不合理412闪光对焊过程闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。连续闪光对焊过程由两个主要阶段组成；闪光阶段和顶锻阶段。预热闪光对焊只是在闪光阶段前增加了预热阶段。（1）闪光阶段 在焊件两端面接触时，许多小触点通过大的电流密度而熔化形成液体金属过梁。在高温下，过梁不断爆破，由于蒸气压力和电磁力的作用，液态金属微粒不断从接口中喷射出来，形成火花束流-闪光。闪光过程中，工件端面被加热，温度升高，闪光过程结束前，必须
17、使工件整个端面形成一层液态金属层，使一定深度的金属达到塑性变形温度（2）顶锻阶段闪光阶段结束时，立即对工件施加足够的顶锻压力，过梁爆破被停止，进入顶锻阶段。在压力作用下，接头表面液态金属和氧化物被清除，使洁净的塑性金属紧密接触，并产生塑性变形，以促进再结晶进行，形成共同晶粒，获得牢固优质接头。423闪光对焊工艺参数闪光对焊的主要工艺参数有：伸出长度、闪光电流、闪光留量、闪光速度、顶锻留量、顶锻速度、顶锻压力、顶锻电流、夹钳夹持力等。（1）伸出长度一般情况下，棒材和厚壁管材伸出长度为（0.71.0）d，d为圆棒料的直径或方棒料的边长。对于薄板（=1mm4mm），一般取（45），如图816所示。4
18、3图816闪光对焊伸出长度和闪光对焊留量的分配示意图焊件上总留量 f 闪光留量 有电顶锻留量 无电顶锻留量 l0 伸出长度44（2）闪光电流和顶锻电流闪光电流取决于工件的断面积和闪光所需要的电流密度。顶锻时，Rc迅速消失，电流将急剧增大到顶锻电流。（3）闪光留量闪光留量过小，则不能满足要求，会影响焊接质量。闪光留量过大，又会浪费金属材料、降低生产率。（4）闪光速度足够大的闪光速度才能保证闪光的强烈和稳定，但闪光速度过大会使加热区过窄，增加塑性变形的困难。同时，由于需要的焊接电流增加，会增大过梁爆破后的火口深度，因此将会降低接头质量。45（5）顶锻留量顶锻留量过小时，液态金属残留在接口中，易形成疏松、缩孔、裂纹等缺陷；顶锻留量过大时，也会因晶纹弯曲严重，降低接头的冲击韧度。顶锻留量根据工件断面积选取，随着断面积的增大而增大。（6）顶锻速度顶锻速度越快越好。（7）顶锻压力顶锻压力通常以单位面积的压力，即顶锻压强来表示。顶锻压强的大小应保证能挤出接口内的液态金属，并在接头处产生一定的塑性变形。（8）夹钳夹持力夹钳夹持力的大小必须保证在顶锻时不打滑，通常夹钳夹持力为顶锻压力的（1.54.0）倍。46