第一章電阻焊主要內(nèi)容一、電阻焊概述二、電阻焊的加熱三、點(diǎn)焊時(shí)的電阻及加熱四、對(duì)焊時(shí)的電阻及加熱一、電阻焊概述

1.1電阻焊定義及特點(diǎn)

1.2電阻焊的分類

1.3各類電阻焊的特征

1.4電阻焊的優(yōu)缺點(diǎn)

1.5電阻焊的發(fā)展方向一、電阻焊概述1.1電阻焊(resistancewelding)

定義：將工件組合后通過(guò)電極施加壓力，利用電流流過(guò)接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成接頭的一種焊接方法。

特點(diǎn)：一是焊接的電源是電阻熱，故稱電阻焊；二是焊接時(shí)需施加壓力，故屬于壓力焊。

1.2電阻焊的分類按接頭形式分：搭接和對(duì)接點(diǎn)焊（spotwelding）縫焊（seamwelding）

按工藝方法分：凸焊（ProjectionWelding）對(duì)焊（ButtResistanceWelding）按電源種類分：電阻焊交流脈沖二次整流工頻低頻中頻高頻一次單相一次三項(xiàng)一次變頻電容貯能直流沖擊波1.3各類電阻焊的特征1.4電阻焊的優(yōu)缺點(diǎn)焊接成本低焊接質(zhì)量好生產(chǎn)率高勞動(dòng)條件好

焊后難于無(wú)損檢測(cè)結(jié)構(gòu)受較多限制，接頭強(qiáng)度低

設(shè)備功率大、復(fù)雜缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.5電阻焊的發(fā)展方向1．保證焊接質(zhì)量

(1)監(jiān)控與自控的發(fā)展。

(2)改進(jìn)焊機(jī)機(jī)械系統(tǒng)。

(3)發(fā)展無(wú)損探傷。

(4)基礎(chǔ)理論研究。2．?dāng)U大使用范圍

(1)擴(kuò)大焊機(jī)功率。

(2)改進(jìn)電源特性。

(3)采用聯(lián)合工藝。1.5電阻焊的發(fā)展方向3．提高生產(chǎn)率為了提高生產(chǎn)率，縮短輔助生產(chǎn)時(shí)間，在焊機(jī)結(jié)構(gòu)、電極、控制方面皆有發(fā)展。

(1)焊機(jī)專業(yè)化。

(2)改進(jìn)工藝過(guò)程。

(3)尋求性能更好的電極，來(lái)延長(zhǎng)電極壽命。二、電阻焊的加熱

2.1物理本質(zhì)

2.2電阻焊的熱源

2.3影響產(chǎn)熱的因素

2.4熱平衡和溫度分布

2.5焊接循環(huán)

2.6焊接電流的種類和適用范圍

2.7電阻焊對(duì)金屬的要求

2.8電阻焊熱源的特點(diǎn)2.1物理本質(zhì)

本質(zhì)：利用焊接區(qū)本身的電阻熱和大量塑性變形能量，使兩個(gè)分離表面的金屬原子之間接近到晶格距離形成金屬鍵，在結(jié)合面上產(chǎn)生足夠量的共同晶粒而得到焊點(diǎn)，焊縫或?qū)咏宇^。

電阻焊接頭是在熱-機(jī)械（力）聯(lián)合作用下形成的。2.2電阻焊的熱源1、電阻焊的熱源

電阻焊的熱源——電阻熱：

Q=I2Rt

式中：I—焊接電流的有效值；

R—焊接區(qū)總電阻的平均值；

t—通過(guò)焊接電流的時(shí)間。

2、總析熱量

由于焊接過(guò)程中焊接電流和焊接區(qū)電阻并非保持不變，因此總析熱量Q的確切表達(dá)式：

Q=

式中：

R—焊接區(qū)總電阻的動(dòng)態(tài)電阻值，

R=Rc+2Rew+2Rw是時(shí)間的函數(shù)；

Rc—焊件間接觸電阻的動(dòng)態(tài)值；

2Rew—電極與焊件間接觸電阻；

2Rw—焊件內(nèi)部電阻的動(dòng)態(tài)值。

圖1-1點(diǎn)焊焊接區(qū)示意圖和等效電路圖3、不同焊接方法的析熱量

1).點(diǎn)焊和縫焊：

Q=

2).對(duì)焊：電極和焊件間接觸電阻很小。電阻又遠(yuǎn)離接觸面，其析熱過(guò)程可忽略不計(jì)。

Q=

式中：Rc—焊件間接觸電阻的動(dòng)態(tài)值；

2Rew—電極與焊件間接觸電阻；

2Rw—焊件內(nèi)部電阻的動(dòng)態(tài)值。2.3影響產(chǎn)熱的因素⑴電阻

焊件本身電阻RW=ρL/s。

其中ρ是電阻率，L為材料的長(zhǎng)度,s為面積，材料的電阻大小正比于材料的長(zhǎng)度，而反比于其面積。其中ρ是一個(gè)重要參數(shù)，會(huì)隨溫度的升高而增大。

接觸電阻RC（可從R=ρL/s進(jìn)行解釋）

當(dāng)焊接表面清理十分潔凈時(shí)，RC僅在通電開(kāi)始極短的時(shí)間內(nèi)存在，隨后會(huì)迅速消失。但它在焊接時(shí)間很短的情況下（如焊薄鋁），對(duì)熔核的形成和焊點(diǎn)強(qiáng)度的穩(wěn)定性仍有顯著影響。2.3影響產(chǎn)熱的因素⑵焊接電流

焊接電流（密度）對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大，在焊接過(guò)程中是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。⑶通電時(shí)間

與焊接電流在一定范圍內(nèi)可互為補(bǔ)充。⑷電極壓力

對(duì)總電阻R影響顯著，壓力增大，R顯著降低。⑸電極形狀及材料

電極基礎(chǔ)面積決定電流密度，電極材料的電阻率和導(dǎo)熱性關(guān)系產(chǎn)熱和散熱。⑹焊件表面狀況

主要影響接觸電阻。徹底清理工件表面是保證獲得優(yōu)質(zhì)接頭的必要條件。2.4熱平衡和溫度分布（1）熱平衡：熱量小部分（10~30%）有用，大部分散失，其中主要通過(guò)電極的熱傳導(dǎo)而散失。。（2）溫度分布：點(diǎn)（對(duì)）焊——中心高，四周低

縫焊——由于焊點(diǎn)間相互影響，溫度分布比點(diǎn)焊的平坦，且沿焊件前進(jìn)方向前后不對(duì)稱。溫度分布曲線越平緩，接頭HAZ越大，工件表面越容易過(guò)熱，電極越容易磨損。圖1-2點(diǎn)焊原理圖及加熱時(shí)焊點(diǎn)形貌2.5焊接循環(huán)點(diǎn)焊和凸焊的焊接循環(huán)由四個(gè)基本階段組成：

1）預(yù)壓時(shí)間t12）通電時(shí)間t23）維持時(shí)間t34）休止時(shí)間t4圖1-3焊接循環(huán)示意圖F–

電極壓力I–

焊接電流

t1–

預(yù)壓時(shí)間t2–通電加熱時(shí)間

t3–維持時(shí)間t4–休止時(shí)間通電焊接必須在電極壓力達(dá)到規(guī)定的值后才能進(jìn)行，否則會(huì)因壓力過(guò)低引起飛濺。電極提升必須在焊接電流切斷后進(jìn)行，否則電極間引起火花，有時(shí)會(huì)燒穿焊件。2.5焊接循環(huán)為了改善接頭的性能，有時(shí)會(huì)將下列各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)加于基本循環(huán)：

1).加入預(yù)壓力，以消除厚焊件之間的間隙。

2).預(yù)熱提高金屬的塑性。使焊件之間緊密結(jié)合，防止飛濺。

3).加大鍛壓力，以使熔核致密，防止產(chǎn)生裂紋和縮孔。

4).用回火或緩流脈沖消除合金鋼的淬火組織，提高接頭的力學(xué)性能。2.6焊接電流的種類和適用范圍交流電和直流電都可以用于點(diǎn)焊、縫焊和凸焊，其適用范圍有所不同。1).交流電：

單相50Hz，電壓為1~25V，電流為1~100kA。交流電可通過(guò)調(diào)幅是電流緩升與緩降，以達(dá)到預(yù)熱和緩冷的作用。另外，交流電還可以用于多脈沖點(diǎn)焊，主要用于厚板的焊接。2).直流電：

用于大電流場(chǎng)合，可避免單相交流焊機(jī)造成的三項(xiàng)負(fù)荷不平衡。2.7電阻焊對(duì)金屬的要求主要從下列各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定：

1、材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性

導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性越高，焊接性越差。

2、材料的高溫強(qiáng)度

高溫（0.5~0.7Tm）屈服強(qiáng)度越高，焊接性越差。

3、材料的塑性溫度范圍

塑性溫度范圍越小，對(duì)工藝參數(shù)波動(dòng)越敏感，焊接性越差。

4、材料對(duì)熱循環(huán)的敏感性

敏感性越強(qiáng)，焊接性越差。

另外，熔點(diǎn)高、線膨脹系數(shù)大、易形成致密氧化膜的金屬，其焊接性也比較差。2.8電阻焊熱源的特點(diǎn)

1).熱源產(chǎn)生于焊件內(nèi)部，與熔化焊時(shí)的外部熱源(電弧、氣體火焰等)相比，對(duì)焊接區(qū)的加熱更敏為迅速、集中。

2).內(nèi)部熱源使整個(gè)焊接區(qū)發(fā)熱，為獲得合理的溫度分布(例如，點(diǎn)焊時(shí)應(yīng)使焊件貼合面處溫度高，而表面溫度低)，散熱作用在電阻點(diǎn)焊的加熱中具有重要意義。

3).產(chǎn)生電阻熱的外部條件是電阻焊時(shí)焊接區(qū)要通以強(qiáng)大的焊接電流。由于該熱源產(chǎn)生于焊件內(nèi)部，具有內(nèi)部熱源的特點(diǎn)。三、點(diǎn)焊時(shí)的電阻及加熱

3.1點(diǎn)焊時(shí)的電阻

3.2點(diǎn)焊時(shí)的加熱特點(diǎn)

3.3點(diǎn)焊的熱平衡3.1點(diǎn)焊時(shí)的電阻

點(diǎn)焊時(shí)R=Rc+2Rew+2Rw

式中：Rc—焊件間接觸電阻的動(dòng)態(tài)值；

Rew—電極與焊件間接觸電阻；

Rw—焊件內(nèi)部電阻的動(dòng)態(tài)值。

3.1.1接觸電阻：(Rc+2Rew)接觸電阻是一種附加電阻，指的是在點(diǎn)焊電極壓力下所測(cè)定的接觸面(焊件-焊件接觸面、焊件-電極接觸面)處的電阻值。形成原因：接觸表面微觀上的凹凸不平及不良導(dǎo)體(表面氧化膜、油、繡以及吸附氣體層等)的存在。

圖1-4接觸電阻形成原因示意圖3.1.2影響接觸電阻的主要因素清理方法1).表面狀態(tài)：

加工表面的粗糙度

焊前存放時(shí)間2).電極壓力：

壓力增大，金屬的彈性和塑性變形增加。使接觸壓力變小，隨著壓力的減小，接觸點(diǎn)數(shù)目和接觸面積不能恢復(fù)，接觸電阻將低于原值而呈“滯后”現(xiàn)象。3.1.2影響接觸電阻的主要因素

3).加熱溫度：

溫度升高金屬變形阻力下降，塑性變形增大，接觸電阻急劇降低直至消失。

鋼材的溫度升高到600℃、鋁合金溫度升高到350℃時(shí)的接觸電阻接近于零。異種金屬材料相接觸，其接觸電阻取決于較軟的材料。同一焊接區(qū)的接觸電阻Rc與Rew存在一定的關(guān)系：

Rew≈(1/2)Rc(鋼材、表面化學(xué)清洗、銅合金極)Rew≈(1/25)Rc(鋁合金、表面化學(xué)清洗、銅合金極)

Rew≈Rc(鉬材、表面化學(xué)清洗、銅合金極)

3.1.3焊件內(nèi)部電阻2Rw

定義：

是焊接區(qū)金屬材料本身所具有的電阻，該區(qū)域的體積要大于以電極-焊件接觸面為底的圓柱體體積。主要是點(diǎn)焊的邊緣效應(yīng)造成的。

定義：指電流通過(guò)板件時(shí)，其電流線在板件(單塊板)中間部分將向邊緣擴(kuò)展，使電流場(chǎng)呈現(xiàn)鼓形的現(xiàn)象。當(dāng)電流通過(guò)重合的兩焊件時(shí)，由于邊緣效應(yīng)，電極下的電流場(chǎng)將呈雙鼓形。

特點(diǎn)：邊緣效應(yīng)是一種僅與幾何因素有關(guān)的物理現(xiàn)象，產(chǎn)生的根本原因是電極與焊件接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于焊件的橫截面。點(diǎn)焊加熱是不均勻的，焊接區(qū)內(nèi)各點(diǎn)溫度不同(由于熱傳導(dǎo)，通常中心溫度高而向邊緣溫度逐漸降低)，電阻率亦不同，這就引起焊接電流繞過(guò)較熱部分金屬呈現(xiàn)繞流現(xiàn)象，進(jìn)一步促進(jìn)電流場(chǎng)向邊緣擴(kuò)展。邊緣效應(yīng)(fringingeffect)

:3.1.4總電阻R不同的金屬材料在加熱過(guò)程中焊接區(qū)動(dòng)態(tài)總電阻R的變化規(guī)律相差很大。不銹鋼、鈦合金等材料呈單調(diào)下降的特性；鋁及鋁合金在加熱初期呈迅速下降后趨于穩(wěn)定；低碳鋼在點(diǎn)焊加熱過(guò)程中期總電阻R的變化曲線上卻明顯的有一峰值。1).典型材料的動(dòng)態(tài)電阻比較焊接時(shí)間t/ms圖1-5典型材料的動(dòng)態(tài)電阻比較1-低碳鋼；2-不銹鋼；3-鋁5014012010080604020100150200250300321總電阻(動(dòng)態(tài)度)R/UΩ2)、低碳鋼動(dòng)態(tài)電阻曲線1).下降段(t0~t1)

時(shí)間短，曲線呈陡降，焊接區(qū)金屬未熔化但有明顯加熱痕跡。2).上升段(t1~t2)

焊接區(qū)溫度升高，金屬電阻率增加，焊接區(qū)金屬處于固態(tài)，ρ增大起主要作用，曲線上升快。加熱一段時(shí)間后，ρ增大速率變小，焊接區(qū)導(dǎo)電面積增加較快，總電阻R增加速率減慢，最終到最大值。Rt3t0t2t1tO圖1-6低碳鋼典型動(dòng)態(tài)電阻曲線圖2)、低碳鋼動(dòng)態(tài)電阻曲線3).再次下降段(t2~t3)

由于繞流現(xiàn)象，主要通過(guò)焊接電流的金屬區(qū)域電阻率沒(méi)有明顯增大，另外，由于金屬軟化使金屬接觸面積迅速增大，電流場(chǎng)的邊緣效應(yīng)減弱。使得焊接區(qū)電阻減小，曲線下降。4).平穩(wěn)段(t3以后)

由于電極與焊件接觸面尺寸的限制以及塑性金屬被擠到兩焊件之間，使焊件間間隙加大，限制了熔核和導(dǎo)電面積的增大。同時(shí)，由于電流場(chǎng)和溫度場(chǎng)均進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，熔核和塑性環(huán)尺寸也基本保持不變，動(dòng)態(tài)電阻曲線進(jìn)入平穩(wěn)階段，此時(shí)R(或內(nèi)部2Rw)趨于定值2R’w。3.2點(diǎn)焊時(shí)的加熱特點(diǎn)

3.2.1電阻對(duì)點(diǎn)焊加熱的影響點(diǎn)焊的電阻是產(chǎn)生內(nèi)部熱源—電阻熱的基礎(chǔ)，是形成焊接溫度場(chǎng)的內(nèi)部因素。

1)接觸電阻：產(chǎn)熱5~10%

作用：接觸電阻產(chǎn)熱對(duì)建立焊接初期的溫度場(chǎng)及焊接電流的均勻化流過(guò)起重要作用

2)內(nèi)部電阻：產(chǎn)熱90~95%作用：這部分熱量是形核的基礎(chǔ)，與電流場(chǎng)共同建立了焊接區(qū)的溫度場(chǎng)分布及其變化規(guī)律。

3.2.2電流對(duì)點(diǎn)焊加熱的影響焊接電流是產(chǎn)生內(nèi)部熱源—電阻熱的外部條件，它通過(guò)二個(gè)途徑對(duì)點(diǎn)焊的加熱過(guò)程施加影響。其一：調(diào)節(jié)焊接電流有效值的大小會(huì)使內(nèi)部熱源的析熱量發(fā)生變化，影響加熱過(guò)程；其二，焊接電流在內(nèi)部電阻2Rw上所形成的電流場(chǎng)分布特征，將使焊接區(qū)各處加熱強(qiáng)度不均勻，從而影響點(diǎn)焊的加熱過(guò)程。其中電流線的含義是在它所限定的范圍內(nèi)的電流占總電流的百分?jǐn)?shù)，例如，80％的電流線是指它限定的范圍內(nèi)通過(guò)的電流占總電流的80％。圖1-7點(diǎn)焊時(shí)的電場(chǎng)圖1-8點(diǎn)焊時(shí)各典型截面的電流密度分布

3.2.2電流對(duì)點(diǎn)焊加熱的影響

3.3點(diǎn)焊的熱平衡熱平衡Q=Q1+Q2+Q3+Q4

式中：Q—焊接區(qū)總析熱量；

Q1—熔化母材金屬形成熔核的熱量；

Q2—通過(guò)電極熱傳導(dǎo)而損失的熱量；

Q3—通過(guò)焊件熱傳導(dǎo)而損失的熱量；

Q4—通過(guò)對(duì)流、輻射散失到空氣介質(zhì)中的熱量。324圖1-9點(diǎn)焊的熱平衡組成

3.3.1點(diǎn)焊的熱平衡特征Q的大小取決于焊接參數(shù)特征和金屬的熱物理性質(zhì)。例如：電焊時(shí)2Al2-T4(LY12CZ)鋁合金板材，獲得直徑6mm熔核時(shí)，硬規(guī)范(t=0.02s)時(shí)Q=400J；軟規(guī)范(t=0.02s)時(shí)Q=1200J；點(diǎn)焊鋼材時(shí)：同樣獲得6mm熔核，則Q=1700J。Q1取決于金屬的熱物理性質(zhì)及熔化金屬量，與熱源種類和焊接參數(shù)無(wú)關(guān)，點(diǎn)焊時(shí)Q1=(10~30)%Q。Q2與電極材料、形狀及冷卻條件有關(guān)，是主要的散熱損失，Q1=(30~50)%Q。Q3與板件厚度、材料的熱物理性質(zhì)以及焊接參數(shù)特征等因素有關(guān)，Q3≈20%Q；Q4≈5%Q。

3.3.2焊接區(qū)的溫度分布圖

最高溫度總處在焊接區(qū)中心，超過(guò)被焊金屬熔點(diǎn)Tm的部分形成熔核，核內(nèi)的溫度可能超過(guò)Tm(焊接鋼時(shí)超出200~300K)。由于Q2、Q3的強(qiáng)烈作用，離開(kāi)熔核邊界溫度降低很快。當(dāng)被焊金屬導(dǎo)熱性差(鋼)或用硬規(guī)范點(diǎn)焊時(shí)，溫度梯度將很大；而被焊金屬導(dǎo)熱性好(鋁)或用軟規(guī)范點(diǎn)焊時(shí)，溫度梯度將較小。圖1-10點(diǎn)焊時(shí)的溫度分布四、對(duì)焊時(shí)的電阻及加熱

4.1閃光對(duì)焊時(shí)的熱源及加熱特點(diǎn)

4.2電阻對(duì)焊時(shí)的熱源及加熱特點(diǎn)4.1閃光對(duì)焊時(shí)的熱源及加熱特點(diǎn)熱源:是焊接區(qū)析出的電阻熱?？傠娮鑂=Rc+2RwRc為兩焊件端面間液體金屬過(guò)梁的總電阻。取決于存在的液體過(guò)梁數(shù)目，其橫截面積以及各過(guò)梁上電流線收縮所引起的電阻增加。4.1.1閃光對(duì)焊時(shí)的總電阻動(dòng)態(tài)接觸電阻Rc較大，并在閃光過(guò)程中始終存在，隨著閃光過(guò)程的進(jìn)行，零件的接近速度加大、液態(tài)過(guò)梁的數(shù)目和橫截面面積增大，導(dǎo)致Rc減小。焊件內(nèi)部電阻2Rw由于光閃時(shí)的加熱而增大，但始終小于Rc。在整個(gè)閃光階段由于Rc的降低超過(guò)2Rw的增加，放總電阻R呈下降趨勢(shì)。閃光對(duì)焊時(shí)接觸電阻Rc對(duì)加熱起主要作用，約占總析熱量的85%~90%。圖1-11閃光對(duì)焊時(shí)rc、2rw、r的變化4.1.2閃光對(duì)焊時(shí)的溫度場(chǎng)由于熱源主要集中在對(duì)口處，所以沿零件軸向溫度分布的特點(diǎn)是濕度梯度大，曲線很陡。圖1-12連續(xù)閃光對(duì)焊時(shí)的溫度場(chǎng)(低碳鋼，Tpl—塑性變形的起始溫度，隨頂鍛壓強(qiáng)增大而降低)1).連續(xù)閃光對(duì)焊連續(xù)閃光對(duì)焊焊接循環(huán)包含四個(gè)過(guò)程：

1.閃光 2.頂鍛3.保持4.休止其中閃光、頂鍛二個(gè)連續(xù)階段組成連續(xù)閃光對(duì)焊接頭形成過(guò)程；而保持、休止等程序則是對(duì)焊操作中所必須的。預(yù)熱閃光對(duì)焊，是在上述焊接循環(huán)中增沒(méi)有預(yù)熱程序(或預(yù)熱階段)。預(yù)熱方法有二種：電阻預(yù)熱和閃光預(yù)熱。圖1-13閃光對(duì)焊焊接循環(huán)a)連續(xù)閃光對(duì)焊b)預(yù)熱閃光對(duì)焊(電阻預(yù)熱)I-電流F-壓力S-行程(位移)閃光對(duì)焊時(shí)，為獲得優(yōu)質(zhì)接頭應(yīng)做到：

(1)閃光階段結(jié)束時(shí)