电阻焊连接原理课件.ppt

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1、焊接成型原理,长春工业大学材料科学与工程学院课件制作：徐世伟指导教师：刘耀东,第八章 电阻焊连接原理,概述,点焊(Spot Welding),凸焊(Projection Welding),缝焊(Seam Welding),8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6,Contents,对焊(Welding Neck),电阻焊接的质量检验,8.1 概述,电阻焊(Resistance Welding）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临近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊的物理本质，是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

2、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。,电阻焊与其它连接方法相比，具有接头质量高、辅助工序少、无须填加焊接材料及文明生产等优点，尤其易于机械化、自动化，生产效率高，经济效益显著。但电阻焊方法也存在一些缺点，例如，电阻焊接头质量的无损检验较为困难;电阻焊设备复杂、维修困难和一次性投资较高。电阻焊按接头形式可分为搭接电阻焊和对接电阻焊两类;按工艺特点则分为点焊、凸焊、缝焊和对焊;按所使用的电流波形特征又可分为交流、直流和脉冲三类。目前已有的电阻焊分类组合如图8一1所示。电阻焊的热源是电阻热。当电流通过两电极间的金属,区域(焊接区)时，由于焊接区具有电阻，产生电

3、阻热并在焊件内部形成热源(内部热源)。根据焦耳定律，焊接区的总析热量为 Q=I2 Rt,式中：I焊接电流的有效值(A)，其数值范围一般为几千至几万安培;R焊接区总电阻的平均值()，其数值范围一般为10100;t一通过焊接电流的时间s)，一般为交流电的几至几十个周波;,图8-1 电阻焊分类与组合,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，因此焊接热源总析热量的确切表达示为,式中 i焊接电流的瞬时值，是时间的函数;r焊接区总电阻的动态电阻值，是时间的函数;t通过焊接电流的时间。电阻焊的加热特点可以概括为利用焊件本身在压力作用下流过电流时的电阻热，对焊接区实现迅速和集中的加热，并在压力作

4、用下形成接头。,电阻焊对金属的要求 主要从下列各项指标进行评定：1、材料的导电性和导热性导电性和导热性越高，焊接性越差。2、材料的高温强度高温（0.50.7Tm）屈服强度越高，焊接性越差。3、材料的塑性温度范围塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差。4、材料对热循环的敏感性敏感性越强，焊接性越差。另外，熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊接性一般较差。,Contents,8.2 点焊(Spot Welding),焊件装配成搭接接头，并在两电极之间压紧，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法称为点焊。点焊广泛地应用在电子、仪表、家用电器的组合件装配连接上，同时也大量地

5、应用于建筑工程、交通运输及航空、航天工业中的冲压件、金属构件和钢筋网的焊接。常用点焊零件的厚度为0.056nm，目前点焊最厚钢件为30十30mm，铝合金件已达78mm。,8.2.1 点焊时的电流场分布,点焊时，假定工件是两块无限大平板，采用圆形端面电极。若以电极中心线作为z轴，则点焊电场对z轴对称，可以用过z轴的任一平面上的等位线表示电场分布。因为电流线垂直于等位线，所以可根据等位线作出电流线分布，以等电流线表示电场中电流场的分布。在圆柱坐标中电场分布满足以下微分方程,式中 j 求解区域内某点的电势;z、r 该点轴向、径向坐标;p该点的电阻率。,用有限差分法计算得到点焊区域内的电流场和电流密度

6、分布如图8一2所示。图8一2中的等位线示出了焊接区内电势 j=0至j=100%之间的电势分布，电流线垂直于等位线，它指出了其所定体积范围内流过的电流占总电流的比例。根据等位线和电流线即可描绘出焊接区的电场分布。电流线愈密集，表示通过该截面上的电流密度愈大。,图8一2 点焊时电流场和电流密度分布(a)电场分布;(b)电流密度分布 j a平均电流密度,可以看出，点焊时的电场分布是很不均匀的，并具有以下征:(l)点焊时焊接区内电流线呈现双鼓形，即电流线在接触面处产生集中收缩，使两焊件接触面处产生集中加热效果。(2)在各接触面边缘的电流密度均出现峰值。点焊时，造成这种电场分布不均匀的主要原因有几何及温

7、度两方面:(1)几何因素即由于点焊时电极与工件、工件与工件的接触面远远小于工件的横截面，从而引起电流的边缘,效应，并且随着电极直径和焊件厚度之比司古的减小，边缘效应更趋严重；(2)温度因素由于焊接时加热不均匀，焊接区各点温度不同，中间温度高，边缘温度低，温度高处的电阻率大，电流就会绕过较热部分，产生绕流现象。绕流现象引起的电场分布不均匀程度，与工件材料本身的热物理性能及焊接参数有关。此外，交流电的趋表效应和焊接电流本身磁场所引起的电磁收缩效应等也会对电流场的分布产生一定的影响。,8.2.2 点焊时的电阻,假设点焊时两焊件的板厚、材料均相同，焊接区电阻示意图见图8一3，焊接区总电阻R，由焊件间接

8、触电阻Rc、电极与焊件间接触电阻2Rew，及焊件本身的内部电阻2Rw共同组成。即：,图8一3点焊时电阻示意图,R=Rc+2Rew+Rw（1）接触电阻Rc+2Rew(Rc+2Rew)称为接触电阻，指在点焊压力下所测定的接触面(焊件一焊件、焊件一电极)处的电阻值，其形成原因是:,l)从微观而论，任何导体的表面都是不平的，因而，两个导体相接触时，只能在个别点上建立物理接触点，使导电面积减小。带电粒子在电场作用下的运动、碰撞阻尼增强。而电流线弯曲又使导电路径加长，从而使两接触面间的电阻增大。2)在导体表面上，经常有氧化膜、油污和其它赃物等存在，这些物质具有很大的电阻率，使表面层电阻增大。对接触电阻的影

9、响因素主要有：电极和工件表面状态、电极压力、加热温度以及被焊材料的硬度等。,（2）焊件内部电阻2Rw 焊件内部电阻2Rw是焊接区金属材料本身所具有的电阻，该区域的体积要大于以电极一焊件接触面为底的圆柱体体积，这是由于点焊时有“边缘效应”，即电流通过板件时，其电流线在板件中间部分将向边缘扩展，使电流场呈现双鼓形的现象(如图8-2)。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻2Rw，主要因素有:金属材料的热物理性质、力学性能、点焊规范参数及特征(电极压力、焊接电流及通电时间)和焊件厚度等。,（3）总电阻R 研究表明，不同的金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻R的变化规律相差甚大，如图8一5。不锈钢、

10、钦合金等材料呈单调下降的特性;铝及铝合金在加热初期呈迅速下降后趋于稳定;而低碳钢在点焊加热过程中其总电阻R的变化曲线上却明显地有一峰值。下面就低碳钢点焊时的动态电阻曲线(图8一6)作一分析，此曲线共分为四个阶段:,图8一6低碳钢动态电阻曲线,1一低碳钢；2一不锈钢；3一铝图8一5典型材料的动态电阻比较,降段(t0t1)，加热开始几周波内，由于接触电阻迅速下降，动态电阻也呈陡降趋势，此时焊接区加热但未熔化;上升段(t1t2)，随着加热温度升高，焊件的电阻率增加，Rw迅速增加，使动态电阻也迅速增加。在接近t2时，由于电阻率增加速率减小，动态电阻也缓慢增加直至最大值，此时焊接区金属已局部熔化，形成熔

11、核，并逐步长大;再次下降段(t2t3)，由于金属软化及绕流现象，使接触面迅速增大且局部导电截面增加，动态电阻再次下降;平稳段(t3以后)，此时电流场和温度场均进人准稳态，熔核及塑性环尺寸基本不变，动态电阻也趋于稳定值。,8.2.3 点焊时的温度场及加热特点（1）点焊温度场 点焊时的电阻是产生内部热源电阻热的基础，是形成焊接温度场的内在因素。研究表明，接触电阻Rc+2Rew，的析热量约占内部热源Q的5%一10%,这部分热量对建立焊接初期的温度场、扩大接触面积，促进电流场分布的均匀化有重要作用。但过大的接触电阻有可能造成通电不正常或使接触面上局部区域过分强烈析热面产生喷溅、粘损等缺陷。内部电阻2R

12、w的析热量约占内部热源Q的90%一95%，是形成熔核的热量基础。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。由焊接区的电流场和电阻产生的热量，在焊接区形成了特定的温度分布。两块无限大板点焊，采用圆形电极时，点焊温度场的热传导微分方程为,式中 Cv一容积比热（j/kmm3）;入热导率(W/mmk);T温度场内某点温度(K);j焊接区的电流密度(j/mm2);pT焊件电阻率(mm)。,（89）,在计算机上采用数值方法对式(8一9)的微分方程求解，得出断电时刻焊接区温度场分布的图形如图8一7所示。由图可以看出，靠近熔核的等温线成闭合曲线，而远离熔核的

13、等温线几乎成直线而且垂直于r 轴，最大的温度梯度约30000Cc/m，发生在z轴方向。电极一工件接触面处温度愈高，表明焊接时的加热越均匀。,图8一7点焊断电时焊接区的温度分布,（2）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（如图8一8)。其热平衡方程式如下 Q=Q1+Q2+Q3+Q4(8一10)式中,Q1 熔化母材形成熔核的热量;Q2通过电极热传导损失的热量;Q3通过焊件热传导损失的热量;Q4通过对流、辐射散失到空气中的热量。,图8一8点焊时的热平衡(a)热平衡组成(b)热量计算简图,一般认为，Q的大小取决于焊接规范特

14、征和金属的热物理性质。有效热量Q1仅取决于金属的热物理性质及熔化金属量，而与热源种类和焊接规范特征无关。Q1（10%30%）Q，导热性好的金属材料(铝、铜合金等)取低限。Q2与电极材料、形状及冷却条件有关，Q2（30%50%Q，是最主要的散热损失。实际生产中往往利用控制Q2来获得合适的焊接温度场。Q3与板件厚度、材料的热物理性质（）以及焊接规范特征等因素有关，Q3 20%Q，Q45%Q 在利用热平衡方程式进行有关计算时可忽略不计。,（3）焊接电流计算 通过热平衡方程式和焦耳定律可以近似算出点焊时焊接电流的有效值。假定Q1是把底而直径为d、高为2的金属圆柱体加热到Tm所消耗的热量，Q2是把底面直

15、径为d、高为x2的上、下两个圆往体电极加热到平均温度为Tm/8所消耗的热量，Q3是把焊接区周围内径为d、宽为x3、高为2的金属环加热到平均温度为Tm/4所消耗的热量，则,式中,Cv、Cv 分别为焊件及电极的容积比热（j/kmm3）；Tm 焊接区加热终了时的平均温度(K);x2由焊接参数及电极材料热物理性能决定的 系数；x3 由焊接参数及焊件热物理性能决定的系数；K2电极形状系数。,8.2.4 点焊过程分析 点焊过程，即是在热与机械作用下形成焊点的过程。热作用使焊件贴合面母材金属熔化;机械作用使焊接区产生必要的塑性变形，二者适当配合和共同作用是获得优质点焊接头的基本条件。（1）点焊焊接循环 一个

16、完整的复杂点焊焊接循环，由加压休止等十个程序段组成，如图8一9所示。I、F、t中各参数均可独立调节，它可满足常用金属材料的点焊工艺要求。当将I、F、t中某些参数设为零时，焊接循环被简化以适应某,特定金属材料的点焊要求。当参数中I1、I3、t1等均为零时，就得到由四个程序段组成的基本点焊焊接循环(图8-10），该循环是目前应用最广的点焊循环。,图8一9 复杂点焊焊接循环示意图 1一加压程序；2一洲洪觉递增程序；3一加热1程序；4一冷却1程序;5一加热2程序；6冷却2程序;7一加热3程序;8一热量递减程序；9一维持程序；10一休止程序,图810 基本点焊循环下的接头形成过程(a)基本点捍焊接循环(

17、b)接头形成示意图 1一加压;2一焊接;3一维持;4-,休止a一预压;b、c通电加热熔化;d一冷却结晶,（2）接头形成过程 熔核环条件下塑性环及其周围母材金属的一部分构成了点焊接头。在一良好的点焊焊接循，接头的形成过程是由预压、通电加热和冷却结品三个连续阶段所组成(图8-10）预压阶段 预压阶段的机一电过程特点是Fw0，I=0部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理接触点合作用准备。其作用是在电极压力的作用下清除一，为焊接电流的顺利通过及表面原子的键合准备。,通电加热阶段通电加热阶段的机一电特点是FwO、IO，其作用是在热与机械(力)作用下形成塑性环、熔核，并随着通电加热的进行而长大，直到获得需要

18、的熔核尺寸。图8一11示出了点焊熔核的形成及生长过程。,图8一11 点焊熔核形成及生长过程 l一加热区;2一熔化区；3塑性环,冷却结晶阶段 冷却结晶阶段的机一电特点是Fw0、I=0，其作用是使液态熔核在压力作用下冷却结晶。由于材质和焊接规范特征的不同，熔核的凝固组织可有三种:柱状组织、等轴组织、“柱状+等轴”组织。纯金属(如镍、钼等)和结晶温度区间窄的合金(碳钢、合金钢、钦合金等)，其熔核为柱状组织;铝合金等其熔核为“柱状十等轴”组织。熔核凝固组织完全是等轴组织的情况极为罕见。,1.点焊规范参数 以工频交流点焊为例，其基本焊接循环参见图8-10,主要规范参数有:焊接电流、焊接时间、电极压力及电

19、极头端面尺寸。2.规范参数间相互关系及选择 点焊规范参数的选择主要取决于金属材料的性质、板厚及所用设备的特点(能提供的焊接电流波形和压力曲线)。当电极材料、端面形状和尺寸选定以后，焊接规范的选择主要是考虑焊接电流、焊接时间及电极压力这三个参数，其相互配合可有两种方式（1）焊接电流和焊接时间的适当配合；(2)焊接电流和电极压力的适当配合,8.2.5 点焊规范参数及其相互关系,8.2.6 点焊方法与工艺 点焊方法：单点、多点焊/单面、双面焊,点焊工艺：焊前清理：清理方法分机械清理和化学清理两种。常用的机械清理方法有喷砂、喷丸、抛光以及用砂布、钢丝刷清理等。不同的金属和合金，须采用不同的清理方法。工

20、艺参数：电流（KA）；通电时间（周）,对塑性指标影响较大；电极压力（KN）,8.2.7 点焊时的一些特殊问题1.分流 分流是指电阳焊时从焊接区以外流过的电流，这部分电流对焊点不起作用。点焊时的分流主要有下列几种情况:先完成的焊点产生分流电极与工件非焊接区接触、焊件装配过紧、单面点焊时引起分流（图-13）。分流使通过焊接区的有效电流减小，降低了焊点强度;分流还会导致电极与工件的接触部位局部产生很大的电流密度，以至烧坏电极或工件表面。,分流大小取决于焊接区的总电阻与分路电阻之比，其比值越小，分流就越小，所以可以采用下列措施以减小分流:l)选择合理的焊点间距。在实际生产中对各种材料在各种厚度时的焊点

21、最小间距有一定的规定；2)选择合适的焊接顺序；3)焊前严格清理工件表面，减小焊接区电阻；,4)避免电极与焊件非焊接区接触；5)适当增加焊接电流，以补偿分流。连续点焊时，由于点距很小，可通过不断递增焊接电流的方法，以保证熔核的大小基本不变；6)合理掌握装配间隙；7)单面多点焊时采用调幅电流。通过调幅电流对电极侧的焊件预热，提高分路电阻，从面减小分流。,2.熔核偏移 在不同厚度或不同材料焊件点焊时，由于两焊件在焊接加热时的析热及散热情况不同，使熔核偏向析热多、散热慢的厚板或导电、导热性差的材料一边。可以通过控制焊接区析热与散热条件，调整焊接温度场的方法克服或减小熔核偏移，具体措施如下:l)用不同直

22、径的电极薄件或导电导热性好的材料的一边采用较大直径的电极；,2)用不同材质的电极薄件或导电导热性好的材料的一边采用导热性较差的电极；3)采用大电流短时间焊接参数大电流、短时间焊接时接触电阻上发热量占的比例较大，散热的影响较小，可改善熔核偏移现象；4)附加工艺垫片。薄件或导热性好的焊件一边，附加导热性较差材料制成的工艺垫。,（1）点焊机通用、专用、特殊型/固定式、移动式、轻便式,固定式通用点焊机,固定式专用多点焊机,移动式点焊机,轻便式点焊机,8.2.8.点焊设备,电流形式：交流、低频、电容储能、直流加压机构：脚踏式 电动滚轮式 气压式、液压式、复合式电极运动轨迹：垂直行程式 圆弧行程式焊点数目

23、：单点、多点,标准电极帽的五种形式（下图）,电极与电极握杆的结合形式,电极通常用铜合金制造。,（2）电极 材料：要求导电、导热好 高温强、硬度高 耐磨 形成合金倾向小 结构：端部、主体、尾部、冷却水孔；形式：标准 特殊。标准电极的五种形式（下图）,电阻焊各种形式的电极,注意电极的拆装及修磨方法。,Contents,8.3 凸焊(Projection Welding),凸焊是指在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点，使其与另一焊件表面相接触并通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。凸焊基本类型:单点凸焊和多点凸焊、环焊、T形焊、滚凸焊、线材交叉焊等。凸焊时除与点焊一样需表面清

24、理外，凸焊还有预制突起点的要求，突起点可呈球状、长条状和环状等形状。凸焊不宜用于软金属，如铝、铜、镍等。,图14 凸焊接头形成过程中 的参数变化,8.3.1 凸焊过程分析 凸焊接头也是在热一机械(力)联合作用下形成的，在一良好的凸焊焊接循环条件下，接头的形成过程仍是由预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成(图8一14)。但从焊点形成过程来看，凸焊比点焊时较为复杂。,在预压阶段，电极压力从零开始较缓慢地增加，使凸点产生一定的变形，当电极压力达到预定值时，凸点预压溃量St一般达到凸点总高度的60%左右。此阶段的作用是使凸点产生一定的塑性变形，形成一定面的稳定的导电通路。通电加热阶段又分为凸点压

25、溃期和熔核生长期两个阶段：凸点压溃是从开始通电到两板完全贴合(约10ms)的过程，这一区段中，剩下的凸点高度S2将被全部压溃。若采用幅工频焊接电流，开始压溃时，由于加压机构的惯性，易使焊件突然失压或减压而引起初期飞溅，为了避免,初期飞溅，通常采用加预热电流或减小运动部分惯性等方法加以防止。在凸点被完全压溃的同时，便进人熔核生长期，通常当通电时间t=0.5tw时焊点开始熔化，当t=0.70.8 tw时，熔核充分长大。在熔核生长期的加热过程中，焊接区金属体积膨胀，使电极向上位移S3，电极压力增加F。切断焊接电流，熔核在压力作用下开始冷却结晶，其过程与点焊熔核的结晶过程基本相同。,合适选择凸点尺寸是

26、保证焊点质量的关键，可以根据被焊材料、厚度、结构形式、焊接条件和接头使用要求等来确定。在选择时，一般尽可能选用较小尺寸的凸点和较大的凸点间距。凸点的形状一般有圆球形或圆锥形的，在厚板凸焊时，为了避免由于凸点底部压不平而在接头处产生间隙，有时采用带有溢出槽的凸点，凸点形状见图8一15。,图8.15凸点形状示意图(a）圆球形（b）圆锥形(c）带隘出槽形,8.3 凸焊工艺参数,凸焊时焊接电流、焊接时间、电极压力对接头质量的影响规律与点焊时基本相同，但需注意以下几点:(l)焊接电流与焊接时间的配合。凸焊时，通常不选电流太大时间太短或电流太小时间太长的范围，以免早期飞溅倾向或焊接区及周围过热。(2)凸焊

27、时，电极压力对接头强度的影响很大，而且允许调节的范围很窄。电极压力太小，凸点预变形小，焊接电流密度过大，会产生飞溅或烧穿现象;电极压力太大，通电前或通电开始时使凸点瞬时压塌，破坏凸焊过程的正常进行。,Contents,8.4 缝焊(Seam Welding),缝焊是指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。,8.4.1 缝焊的分类及特点 缝焊时，工件处于恒定的压力下，根据通电和工件运动方式的不同可以分为三类(图8一16):(1)连续缝焊 工件连续匀速运动，电流持续加于工件与滚轮的接触面上。其实质是每半周形成一个焊点，即当采用

28、50Hz电源时，每秒形成100个焊点。连续缝焊一般用于焊接较薄的工件。连续缝焊设备简单、生产率高，一般焊接速度为1020 m/min，但缝焊中滚轮电极表面和焊件表面均有强烈过热，使焊接质量变坏及电极磨损严重。,(2)断续缝焊 工件连续匀速运动，电流断续施加。其实质是在每个通电期间形成一个焊点。由于有间隙时间，电极得以较好冷却。在同一电流密度下其工作端而温度比连续通电时低，,图8-16缝焊焊接循环示意图(a)连续缝焊;(b)断续缝焊;(c)步进缝焊,可提高电极寿命。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储能电流波形(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

29、一般为0.54.3 m/min。(3)步进缝焊 工件作间隙运动，电流亦断续施加。其过程为:工件停止一通电加热熔化一断电冷却结晶一凝固后工件前进一步一工件停止后通电。由于缝焊时工件处于静止状态，故整个结晶过程均可处于压力之下。这一点对铝合金等易产生裂纹的材料,特别有利，可避免失压下结晶。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、镁合金等的密封焊缝，缝焊速度一般较低，仅为0.20.6 m/min。若按使用焊接电流波形也可将缝焊分为:工频交流缝焊、电容储能缝焊、支流冲击波缝焊、三相低频缝焊和次级整流缝焊等。按对焊件供电的方向可将缝焊分为:单面缝焊、双面缝焊。按一次形成的焊缝

30、数可将缝焊分为:单缝缝焊、双缝缝焊。,8.4.2 缝焊过程特点 缝焊与点焊并无实质上的不同，其过程仍是对焊接区进行适当的热一机械的联合作用。但是，由于缝焊接头是由局部互相重叠的连续焊点所构成，以及形成这些焊点时，焊接电流及电极压力的传递均是在滚轮电极旋转一焊件移动中进行(步进缝焊除外)，显然使缝焊过程比点焊过程复杂和有其自身特点。断续缝焊时，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。,正处于滚轮电极下的焊接区和临近它的两边金属材料，在同一时刻将分别处于不同阶段。而对干焊缝上的任一焊点来说，从滚轮下通过

31、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。从热作用方面分析，缝焊时已焊好的焊点对正在焊的焊点有较大的分流作用，削弱了焊接区的加热，同时正在焊的焊点对待焊的焊点又有一定的预热作用;从电极压力作用方面分析，缝焊时的预压和冷却结晶阶段都存在压力不足的现象，容易引起焊前飞溅及焊后裂纹、缩孔等缺陷。此外，缝焊时由于焊轮在每一焊点上停留时间短，焊件表面散热条件差，容易过热。,8.4.3 缝焊规范参数 工频交流断续缝焊在缝焊中应用最广，其主要规范参数有:焊接电流、电流脉冲时间、脉冲间隔时间、电极压力、焊接速度及滚轮电极端面尺寸。（1）焊接电流 I 考虑缝焊时的分流，焊接电流应比点焊时增加15

32、%一40%。随着焊接电流的增大，焊透率及重叠率增加，焊缝强度及密封性也提高。但I过大时可能产生过深的压痕和烧穿，使接头质量反而下降。,（2）电流脉冲时间t和脉冲间隔时间t0 缝焊时，可通过t来控制熔核尺寸，调整t0来控制熔核的重叠量，因此，二者应有适当的配合。一般来说，在用较低的焊速缝焊时，t/t0=1.252,可获得良好结果。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t/t0值。因此，在采用较高焊速缝焊时t/t0=3 或更高。随着脉冲间隔时间t0的增加，焊透率及重叠量均下降。,（3）电极压力Fw 考虑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

33、值视材料的高温塑性而定。电极压力增大时，将使熔核宽度显著增加、重叠量下降，破坏了焊缝的密封性，特别是在焊接电流较小时其作用更大。电极压力对焊透率的影响较小。（4）焊接速度w 焊接速度是缝焊过程中的一个重要参数，其大小决定了焊轮电极与焊缝上各点作用时间的长短，从而影响了加热时间、电极压力作用效果及焊轮对焊件的冷却效果等。,焊接速度越小，加热越平缓，对焊件的加压效果越好，对焊件表面的冷却效果也越好，从而提高了焊缝质量和电极寿命。在同样条件下，增加焊接速度会使焊点重叠量减小，焊缝强度降低。通常可根据被焊工件的材料和厚度来选择合适的焊接速度，研究表明，随着板厚的增加缝焊速度必须减慢。一般焊速在3m/m

34、in以内，连续缝焊时也不大于14m/min 焊接速度与焊接电流、电极力的配合关系如图8-17。焊速过快、电流过小，会出现未焊透现象;焊速慢、电流过大，则会出现过热现象。,（5）滚轮电极端面尺寸 端面尺寸直接影响与工件的接触面长度，直径越大，接触长度越长，从而电流密度小，散热快，熔核小。常常采用不同直径电极来调节焊接不等厚板或异种材料时的热量分配。,Contents,8.5 对焊（Welding Neck）,对焊是把两工件端部相对放置，利用焊接电流加热，然后加压完成焊接的电阻焊方法。对焊包括电阻对焊及闪光对焊两种。对焊是一种快速高效的焊接方法，其特点是:不论工件截面大小(从零点几到数万平方毫米)

35、均一次焊成;不论端面熔化与否，熔融金属均挤出焊口成毛刺而不成为焊缝的组成部分;对焊尤其闪光对焊时，所接工件端面必须一致，对焊不同端面工件时必须有过渡段，其直径差别应小于15%,厚度差别应小于10%。,8.5.1 电阻对焊(Upoet Butt Welding）电阻对焊是将上件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。电阻对焊的特点是先压紧，后通电。温度沿径向不宜均匀，沿轴向则梯度小，且低于熔点。因此仅适宜于焊接小截面(小于250mm2),形状紧凑(如棒、厚壁管)、氧化物易于挤出的材料(碳素钢、铜、铝等)。,1.电阻对焊时的电阻及加热特点 电阻

36、对焊焊接区总电阻R由焊件间接触电阻Rc及焊件本身的内部电阻2Rw共同组成(图8-18），即 R=Rc+2Rw（8-15）,图8-18 对焊等效电路,接触电阻Rc与点焊时的接触电阻具有相同的特征。焊件内部电阻2Rw可由下式确定,（8-16）,式中 m 趋表效应系数;l焊件的调伸长度(mm);s焊件的截面积(mm2);T电阻率(mm)。,m与焊件直径D及焊接电流密度j的大小有关，随D增加，m增加;随着j增加，m减小;当D2025mm(钢件)时，趋表效应的影响可以忽略。,图8-19 电阻对焊时电阻 变化规律,总电阻的变化规律如图8一19。对焊开始时，由于接触电阻Rc急剧降低，使总电阻r明显下降，以后

37、随着焊接区温度的升高，电阻率T 的增大影响显著，焊件内部电阻2Rw 增加，总电阻R增大。一般情况下，焊件内部电阻对加热起主要作用，接触电阻Rc析出的热量仅占焊接区总析热量的10%一15%。,电阻对焊时的温度分布见 图8一20。对口处的焊接温度通常约为焊件金属材料熔点的0.80.9倍。但焊件沿截面的加热有可能是不均匀的，特别是在焊接大截面或展开形工件时，这种不均匀性尤为明显。只有对端面进行焊前精心准备或增加焊接时间，零件沿截面的加热均匀性才会得以改善。,图8一20电阻对焊时的温度分布(a)伸出长度大时的温度分布(b)伸出长度小时的温度分布,图8-20所示温度场，可看作由两个热源在加热过程中叠加的

38、结果:一个是由焊件内部电阻所产生的电阻热，把焊件在两钳口之间的一段金属加热到温度T1，另一个是由接口处的接触电阻所产生的瞬时平面热源，把结合面处金属加热到温度T2,所以接口处的焊接加热温度为：Tk=T1+T2。2.电阻对焊过程分析 电阻对焊焊接循环由预压、加热、顶锻、保持、休止等程序组成(图8一21)。其中预压.加热、顶锻三个连续阶段组成电阻对焊接头形成过程，而保持、休止等程序则是电阻对蜻操作中所必须的。在等压式电阻对焊中，保持与顶锻两程序合并。,预压阶段与点焊时相同，只是由于对口接触表面上压强较小，使清除表面不平和氧化膜、形成物理接触点的作用远不如点焊时充分。,图8一21电阻对焊焊接循环图(

39、a)变压力式电阻对焊b)等压力式电阻对焊 F一压力 I 一电流 S一位移,通电加热阶段，由于焊接区温度不断升高使金属塑性增加、电阻增大，前者引起压力曲线逐渐下降，后者引起电流曲线逐渐降低。顶锻阶段顶锻有两种方式，一是顶锻力等于焊接压力，二是顶锻力大于焊接压力。等压力方式使加压机构简单，但锻压效果不如变压力方式好。变压力方式主要用于合金钢、有色金属及其合金的电阻对焊。,电阻对焊是一种高温塑性状态下的固相焊接，其接头 连接实质上可有再结晶、相互扩散两种形式，但均为固相连接。在同种金属或结晶化学与物理性质相近的异种金属电阻对焊时，对口及其临近区域温度分布和塑性变形特点使其产生再结晶。在结晶化学和热物

40、理性质相差甚大的异种金属电阻对焊时，会得到一种扩散连接形式，这时对口处接触界面仍明显存在，连接是由于对口接触表而达到了紧密贴合和发生了互扩散现象并具有一定的体积深度。焊前的表面严格清理并及时施焊，使低熔点的较软金属具有大的塑性变形和附加控制(即强迫成形)是获得高质量扩散连接的关键。,由上述分析可知：为了获得优质电阻对焊接头，必须保证沿焊件长度获得合适的温度分布，沿对口端面要加热均匀、温度适当;对口及其临近区域必须产生足够的塑性变形:焊缝中不应有氧化夹杂。3.电阻对焊规范参数 电阻对焊的主要规范参数有:调伸长度、焊接电流密度(或焊接电流)、焊接时间、焊接压力和顶锻压力。下面对各种参数进行详细说明

41、。,调伸长度的作用是为了保证必要的留量(焊件缩短量)和调节加热时的温度场。L过大会使温度场平缓，加热区变宽，使塑性变形不易在对口处集中，因而导致排除氧化夹杂困难，同时，耗能增大和易产生错位、旁弯等形位缺陷;L过小使向夹钳电极散热增加，温度场变陡，塑性变形困难，需增大焊接压力和顶锻压力。实践表明，调伸长度应不小于焊件直径的一半，即 L=0.61.0d(d为圆材的直径或方材的边长)。异种材料对焊时，为获得温度分布均衡，两焊件应采用不同的调伸长度。,(l)调伸长度L,(2)焊接电流密度j和焊接时间t 当采用大电流密度、短焊接时间时，可提高焊接生产率，但 要使用较大功率的焊机;当采用过长的焊接时间时，

42、由于焊缝晶粒粗大和氧化程度增加，使接头质量降低。焊接电流密度和焊接时间符合以下数值方程式,（8-20）,式中 j 焊接电流密度，A/cm2 t 焊接时问，s;K u 系数，直径小于10mm 的钢 K u=10;直径大于10mm 的钢 K u=8；铝的K u=10；铜的K u=27。,(3)焊接压力Fw和顶锻压力Fu 顶锻压力Fu为顶锻阶段施加给焊件端面上的压力，对接触面上的析热及对口和临近区域的塑性变形均有影响，常以单位面积压力P来表示。在等压式电阻对焊时，焊钢 Pw=Pu=2040MPa;焊有色金属Pw=Pu=1020MPa。在变压力式电阻对焊时，焊钢Pw=1015MPa州田a;焊有色金属P

43、w=18MPa，单位面积顶锻压力则要超过十几倍至几十倍。例如，对于合金钢Pu=100150MPa，对于铜Pu=300450MPa。,闪光对焊指焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点(产生闪光)，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光对焊包括连续闪光对焊和预热闪光对焊两种。闪光对焊的特点：先接通电源，后逐步靠近，仅个别点接触通电，电流密度极大，很快熔化并爆破，这些接触点在端面上随机变更位置，保证了均匀加热，且轴向温度梯度比电阻对焊大,热影响区窄,端面能保持一薄层熔化层，有利于排除氧化物。因此闪光对焊

44、适宜于中大截面工件,可用于紧凑和展开断面、难焊材料和异种材料对接。,8.5.2 闪光对焊(Flush Butt Welding）,闪光对焊焊接区总电阻仍可用R=Rc+2Rw 表示。焊件内部电阻亦可由式(8一16)近似估算。闪光对焊时的接触电阻Rc取决于同一时间内对口端面上存在的液体过梁数目，它们的横截面面积以及各过梁上电流线收缩所引起的电阻增加。Rc可按以下经验公式近似予以计算,式中 K 考虑钢材性质的系数，碳钢、低合金钢 K=1，奥氏体钢K=1.1;vt，闪光速度(cm/s);j电流密度(A/mm2);S焊件横截面积(cm2)。,1.闪光对焊时的电阻及加热特点,闪光对焊时的接触电阻Rc较大，

45、在焊钢时约为100 1500，并在闪光过程中始终存在。随着闪光过程的进行，Rc减小，2Rw 增大，总电阻则呈下降趋势(图8一22)。顶锻开始时由于两零件端面相互接触、,图8一22闪光对焊的r 变化,液态过梁突然消失，因而R急剧下降，以后的变化规律同2Rw。由于电阻的上述特点，闪光对焊时接触电阻Rc对加热起主要作用，其产生的热量占总析热量的85%90%。,2.闪光对焊过程分析 连续闪光对焊焊接循环由闪光、顶锻、保持、休止等程序组成，预热闪光对焊则在其焊接循环中尚设有预热程序，闪光对焊焊接循环见图8-23。,图8一23 闪光对焊焊接循环(a)连续闪光对焊(b)顶热闪光对焊(电阻预热),(1)闪光阶

46、段 接通电源并使两焊件端面轻微接触，对口间将形成许多具有很大电阻的小触点，在很大电流密度的加热下，触点瞬间熔化而形成连接对口两端面的液体金属小桥，称为过梁。由于液态金属电阻率很高，通过的电流密度又大，因而过梁加热非常剧烈，金属瞬间加热到沸腾温度，激烈汽化，在蒸气压力作用下过梁爆破，液态金属微滴以超过60m/s的速度从对口间隙抛射出来，形成火花急流一闪光，同时在端面上留下火坑。,当一个过梁爆破后，电流在剩余的过梁中重新分配,使电流密度增加，又促使其它过梁爆破。焊件继续移近，新的过梁不断形成，不断爆破。闪光的形成实质就是液体过梁不断形成和爆破过程，并在此过程中析出大量的热。闪光的作用是用来加热焊件

47、，并烧掉焊件端面_卜的脏物和不平;另外，液体过梁爆破时产生的金属蒸气及气体减少了空气对对口间隙的侵人，形成自保护;闪光后期在端面上所形成的液体金属层，也为顶锻时排除氧化物和过热金属提供了有利条件。,(2)顶锻阶段 闪光后期，对焊件施加顶锻力，使烧化端面紧密接触。顶锻阶段由有电顶锻和无电顶锻两部分组成。顶锻的作用是:封闭对口间隙，挤平因过梁爆破面留下的火口;彻底排除端面上的液体金属层，使焊缝中不残留铸造组织;排除过热金属及氧化夹杂，造成洁净金属的紧密贴合;使对口和临近区域获得适当的塑性变形，促进焊缝再结晶过程。,预热阶段是预热闪光对焊所特有的。预热方式有两种:电阻预热和闪光预热。电阻预热是多次将

48、两焊件端面紧密接触、分开，接触时施加较小的挤压力并通以预热电流(图8一23)。闪光预热是指接通电源后，多次将两焊件端面轻微接触、分开，在每次接触过程中都要激起短暂的闪光。预热的作用是:减少需用功率，在较小容量的焊机上对焊大截面焊件;加热区域较宽，使顶锻时易于产生塑性变形，并能降低焊后的冷却速度，有利于对可淬硬金属材料的对焊;缩短闪光加热时间，减小闪光量，节约金属，减小管材内毛刺。,(3)预热阶段,3.闪光对焊规范参数 闪光对焊的主要规范参数有:调伸长度、闪光留量、闪光速度、闪光电流密度、闪光时间、焊机二次空载电压(以上属闪光阶段);顶锻留量、顶锻速度、顶锻压力、加紧力(以上属顶锻阶段);预热留

49、量、预热电流、预热时间(属预热阶段)。闪光对焊规范参数的选择应从技术条件出发，结合材料性质、断面形状及尺寸、设备条件和生产规模等因素综合考虑。一般可先确定工艺方法，然后参照推荐的有关数据及试验资料初步选定规范参数，最后由工艺试验并结合接头性能分析予以确定。,Contents,8.6 电阻焊连接的质量检验,8.6.1 电阻焊接头质量 1.点、缝焊接头的分级 设计部门根据接头受力情况、重要程度、材料和工艺特点，通常将点、缝焊接头分为三个等级:一级承受很大静载荷、动载荷或交变载荷，接头的破坏会危及人员的生命安全;二级承受较大的静载荷、动载荷或交变载荷，接头的破坏会导致系统失效，但不危及人员的安全;,

50、三级承受较小的静载荷或动载荷的一般接头。三个等级的接头反映了不同的使用要求，因而也具有不同的质量检验标准。2.点、缝焊接头的主要质量问题 点焊接头的质量要求，首先体现在接头应具有一定的强度，这主要取决于熔核尺寸(直径和焊透率)、熔核和其周围热影响区的金属显微组织及缺陷情况。缝焊接头的质量要求，首先体现在接头应具有良好的密封性，而接头强度则容易满足。密封性主要与焊缝中存在某些缺陷(局部烧穿、裂纹等)及其在外界的作用(外力、腐蚀介质等)有关。,点、缝焊接头的主要质量问题见表8。1。此外，点、缝焊时由于毛坯准备不好(折边不正、圆角半径不符合要求等)、组合件装配不良、焊机电极臂刚性较差等原因会造成焊接