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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
2、行，也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,预压阶段,凸焊时如果施加电极压力时带冲击，凸点会被压溃，因此必须较缓慢地加压，随着电极压力的增大，凸点进一步被压溃，电极下移。当达到给定电极压力时，凸点的压强差不多停止，可以认为通电之前凸点高度的一半多(S1)已被压塌，凸点高度变低。,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
3、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
4、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。,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
5、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，
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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、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
11、。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
12、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
13、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
14、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
15、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。,
16、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，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
17、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
18、断金属材料点焊焊接性的主要标志对缝焊也是适用的：金属材料点焊焊接性指标及对规范参数的一般要求、各金属材料的点焊技术要点均可作为缝焊时的主要参考。,对 焊,对焊: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。包括电阻对焊和闪光对焊两种,电阻对焊,电阻对焊：将焊件装配成对接接头，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,电阻对焊主要用于断面小于250mm2的丝材、棒材、板条和厚壁管材的接长，尤其在轧丝厂中用这种方法将盘圆彼此连接以便进行连续加工，拔丝后很难找出接头所在。所焊金属材料可以是碳钢、不锈钢和铝及某些铝合金。,实践表明，电阻对焊具
19、有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单等优点。但是，电阻对焊接头的力学性能较低，对焊件的准备工作要求高，目前仅应用在小截面金属型材的对焊上。,电阻对焊电阻的组成,电阻对焊过程中电阻的变化规律,电阻对加热的作用,接触电阻1）比例：析出的热量仅占焊接区总析热量的1015%2）作用：这部分热量集中在对口，能使对口接合面温度迅速提高，从而使变形集中，有利于焊接。焊件内部电阻1）比例：析出的热量占焊接区总析热量的8590%2）作用：这部分热量是形成接头的主要热量。,电阻对焊时的温度分布,电阻对焊过程分为预压、加热、顶锻、维持和休止等程序。其中前三个程序参与电阻对焊接头的形成，后两个则是操作中的必要辅助程序。等
20、压式电阻对焊时顶锻与维持合一，较难区分。,电阻对焊的过程分析,电阻对焊焊接循环图等压力模式,电阻对焊焊接循环图变压力模式,预压阶段的机一电过程特点和作用与点焊焊接循环中的预压相同，只是由于对口接触表面上压强小，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。,电阻对焊过程预压阶段,电阻对焊过程加热阶段,通电加热开始时，首先是一些接触点被迅速加热、温度升高、压溃而使接触表面紧密贴合进入物理接触；随着通电加热的进行，对口温度急剧升高，在某一时刻将有：沿对口端面温度分布均匀；沿焊件长度形成一合适的温度场。随着通电加热的进行，在压力作用下焊件发生塑性变形、动夹具位移量增大，由于温度场的分
21、布特点，塑性变形主要集中在对口及其邻近区域。若在空气中加热，金属将被强烈地氧化，对口中易生成氧化夹杂。若在真空以及惰性气体中加热，能够避免或减少金属的氧化。,电阻对焊过程顶锻阶段,顶锻有两种方式，其一是顶锻力等于焊接压力，其二是顶锻力大于焊接压力。等压力方式使加压机构简单，便于实现，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，为了获得足够的塑性变形和进一步改善接头质量，往往还设有带电顶锻程序。,电阻对焊接头形成实质,同种金属或结晶化学与热物理性质相近的异种金属结晶化学和热物理性质相差甚大的异种金属,再结晶,扩 散,电阻对焊规范参数调伸长度,定义：焊件从静夹
22、具或活动夹具中伸出的长度作用：为保证必要的留量(焊件缩短量)和调节加热时的温度场取值范围：0.61.0倍圆材的直径或方材的边长,电阻对焊规范参数焊接电流密度和焊接时间,在电阻对焊中，焊接电流常以电流密度来表示，电流密度和焊接时间是决定焊件加热的两个主要参数，可适当互相调配。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，由于焊缝晶粒粗大和氧化程度增加，使接头质量降低。,电阻对焊规范参数焊接压力和顶锻压力,等压式电阻对焊时，对碳钢取20-30MPa；有色金属则取10-45MPa；变压式电阻对焊时，加热力对碳钢取10-15MPa，有色金届取1-8M
23、Pa；顶锻力则为10至数十倍的加热力。,闪光对焊,将焊件装配成对接接头，接通电源后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分布时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊又分为连续闪光焊与预热闪光焊两种。边续闪光对焊主要用于断面1000mm2左右的闭合零件的拼口，预热闪光对焊可焊接5000一10000mm2大型截面黑色金属材料零件。,闪光对焊电阻的组成,闪光对焊过程中电阻的变化规律,电阻对加热的作用,接触电阻1）比例：析出的热量占焊接区总析热量的8590%2）作用：这部分热量是形成接头的主要热量。焊件内部电阻1）比例：
24、析出的热量占焊接区总析热量的1015%2）作用：为形成接头提供部分热量。,闪光对焊时的温度分布特点,对焊时温度分布特点,预热闪光对焊焊接循环图,连续闪光对焊焊接循环图,闪光对焊过程闪光阶段,何谓闪光？闪光焊时，从焊件对口间飞散出闪亮的金属微滴现象。闪光的形成实质？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，瞬间熔化而形成连接对口两端面的液体过梁。在各种力和强烈加热的共同作用下，过梁内部同它的表面之间形成巨大的压力差和温度差，导致过梁爆破，使得液态金属微滴以超过60 m/s的速度从对口间隙抛射出来，形成火花急流闪光。简言之，闪光形成实质是液体过梁
25、不断形成和爆破过程，并在此过程中析出大量的热。,过梁的受力分析,闪光的作用,加热焊件烧掉焊件端面上的脏物和不平自保护形成液体层,顶锻的作用,封闭对口间隙，挤平因过梁爆破而留下的火口。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。使对口和邻近区域获得适当的塑性变形，促进焊缝再结晶过程。,减少需用功率，可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，不仅可节约金属，对管材尚能减小内毛刺。,预热的作用,闪光对焊接头形成特点,闪光结束时在端面上巳形成液体金属层，顶锻时，端面金属首先在液相下连合成一体。随着顶锻的进行，对口中的液体金属将不断排除，而对口端面必将在液相下消失。由于端面在液相下消失，氧化物将容易随液体排除或使其弥散分布。对口处加热温度高、范围窄，因此顶锻时塑性变形集中、变形度相对增加，可产生足够高的局部位错差值，促进接头形成中的再结晶发生。同时，当顶锻参数合适时，不仅可排出液态金属和氧化物、还可排出部分过热金属，获得较致密的热锻造组织形态，显著提高了接头质量。,闪光对焊规范参数,伸出长度预热参数闪光参数顶锻参效,对焊焊接性,导电与导热性能材料的高温强度和高温塑性材料的半熔化温度区间材料的热敏感性材料的氧化性,
