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第八章第八章 电阻焊电阻焊（W W）第一节第一节 电阻焊的实质、分类及特点电阻焊的实质、分类及特点一、电阻焊一、电阻焊(resistance welding)的实质的实质 定义定义：将被焊工件将被焊工件压紧压紧于两电极之间，利用流经工件接触面及邻近区域产于两电极之间，利用流经工件接触面及邻近区域产生的生的电阻热电阻热将其加热到将其加热到熔化或塑性熔化或塑性状态，使之形成接头的一种焊接方状态，使之形成接头的一种焊接方法。法。二、电阻焊的分类二、电阻焊的分类点焊点焊（spot welding）缝焊缝焊（beam welding）对焊对焊（Butt Resistance Welding）按接头特点分：按接头特点分：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、电阻焊的应用三、电阻焊的特点三、电阻焊的特点缺点缺点：优点：生产率高优点：生产率高(滚缝滚缝60m/min)焊接质量好：冶金；焊接质量好：冶金；HAZ小；表面好小；表面好 焊接成本低：无材料；爱护气；焊接成本低：无材料；爱护气；劳动条件好：无光；气；自动化劳动条件好：无光；气；自动化 对参数波动敏感对参数波动敏感:t短短 焊后难于无损检测焊后难于无损检测 结构受较多限制结构受较多限制 设备功率大、困难设备功率大、困难其次节其次节电阻焊的基本原理电阻焊的基本原理一、电阻热及影响因素一、电阻热及影响因素 1 1、电阻热的产生、电阻热的产生 电阻热电阻热电阻焊的热源：电阻焊的热源：Q=I2RtQ=I2Rt 2 2、影响产热的因素：、影响产热的因素：电阻电阻 焊件本身电阻焊件本身电阻RW=L/sRW=L/s是重要参数是重要参数,随温度的上升而增大。（熔化后是熔化前的随温度的上升而增大。（熔化后是熔化前的1212倍）倍）接触电阻接触电阻RCRC（可从（可从R=L/sR=L/s进行说明）进行说明）当表面清理特别干净时，当表面清理特别干净时，RCRC仅在通电起先极短的时间内存在，仅在通电起先极短的时间内存在，随后会快速消逝。但它在焊接时间很短的状况下（如焊薄铝），对随后会快速消逝。但它在焊接时间很短的状况下（如焊薄铝），对熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有显著影响。熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有显著影响。焊接电流焊接电流焊接电流（密度）对产热的影响比电阻和时间两者都大，在焊接焊接电流（密度）对产热的影响比电阻和时间两者都大，在焊接过程中是一个必需严格限制的参数。过程中是一个必需严格限制的参数。通电时间通电时间与焊接电流在确定范围内可互为补充，（软、硬规范）与焊接电流在确定范围内可互为补充，（软、硬规范）电极压力电极压力压力增大，总电阻压力增大，总电阻R R减小。减小。电极材料及端面形态电极材料及端面形态主要是电阻率和导热性主要是电阻率和导热性焊件表面状况焊件表面状况主要影响接触电阻。彻底清理工件表面是保证获得优质接头的主要影响接触电阻。彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。必要条件。（二）温度分布：（二）温度分布：点（对）焊点（对）焊中心高，四周低中心高，四周低二、热平衡及温度分布二、热平衡及温度分布（一）热平衡：热量小部分（一）热平衡：热量小部分（1030%）有用，大部分散失，其中主要）有用，大部分散失，其中主要通过电极的热传导而散失通过电极的热传导而散失。缝焊由于焊点间相互影响，温度分布比点焊的平坦，且前后不对称。温度分布曲线越平坦，接头HAZ越宽，工件表面越简洁过热，电极越简洁磨损。*三、（点焊）焊接循环三、（点焊）焊接循环三、（点焊）焊接循环三、（点焊）焊接循环预压预压 通电通电 维持维持 休止休止典型点焊循环图（典型点焊循环图（P179 图图7-8）*软软/硬规范的概念硬规范的概念硬硬规范（强规范）规范（强规范）:大电流、短时间大电流、短时间软规范（弱规范）：小电流、长时间软规范（弱规范）：小电流、长时间压力电流ttii四、电阻焊对金属的要求四、电阻焊对金属的要求四、电阻焊对金属的要求四、电阻焊对金属的要求主要从下列各项指标进行评定：主要从下列各项指标进行评定：主要从下列各项指标进行评定：主要从下列各项指标进行评定：1 1、材料的导电性和导热性、材料的导电性和导热性、材料的导电性和导热性、材料的导电性和导热性导电性和导热性越高，焊接性越差。导电性和导热性越高，焊接性越差。导电性和导热性越高，焊接性越差。导电性和导热性越高，焊接性越差。2 2、材料的高温强度、材料的高温强度、材料的高温强度、材料的高温强度高温（高温（高温（高温（0.50.7Tm0.50.7Tm）屈服强度越高，焊接性越差。易产生裂纹）屈服强度越高，焊接性越差。易产生裂纹）屈服强度越高，焊接性越差。易产生裂纹）屈服强度越高，焊接性越差。易产生裂纹,缩孔缩孔缩孔缩孔,飞飞飞飞溅等缺陷溅等缺陷溅等缺陷溅等缺陷3 3、材料的塑性温度范围、材料的塑性温度范围、材料的塑性温度范围、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。塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差。塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差。塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差。要求：焊机限要求：焊机限要求：焊机限要求：焊机限制精度高、电机随动性好制精度高、电机随动性好制精度高、电机随动性好制精度高、电机随动性好4 4、材料对热循环的敏感性、材料对热循环的敏感性、材料对热循环的敏感性、材料对热循环的敏感性敏感性越强，焊接性越差。敏感性越强，焊接性越差。敏感性越强，焊接性越差。敏感性越强，焊接性越差。另外另外另外另外熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊熔点高、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。接性一般较差。接性一般较差。接性一般较差。第三节第三节 点焊、凸焊与缝焊点焊、凸焊与缝焊一、点焊一、点焊（spot welding）点焊是一种高速、经济的连接方法。它适用于制造可以接受搭接接头、点焊是一种高速、经济的连接方法。它适用于制造可以接受搭接接头、不要求气密、厚度小于不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。的冲压、轧制的薄板构件。点焊有时也用于连接厚度点焊有时也用于连接厚度6mm6mm的金属板，但与熔焊的金属板，但与熔焊的对接相比较，点焊的承的对接相比较，点焊的承载实力低，搭接接头增加载实力低，搭接接头增加了构件的重量和成本，且了构件的重量和成本，且须要昂贵的特殊焊机，因须要昂贵的特殊焊机，因而是不经济的。而是不经济的。1）点距最小值主要是考虑分流影响。（1）点距小时，接头会因分流而影响其强度；大的点距又会限制可支配的点焊数量。因此，必需兼顾点距和焊点数量，才能获得最大的接头强度。（2）多列焊点最好交织排列而不要作矩形排列。（3）接受强条件和大的电极压力时，点距可以适当减小。（4）假如受工件尺寸限制，点距无法拉开而又无上述限制手段时，为保证榕核尺寸一样，就必需以适当电流先焊各工件的第一点，然后调大电流，再焊其相邻点。2 2）搭接量：一般是边距的两倍。）搭接量：一般是边距的两倍。3 3）装配间隙必需尽可以能小，通常为）装配间隙必需尽可以能小，通常为0.10.2mm0.10.2mm。刚度、厚度。刚度、厚度越大，许用间隙越小，电极的可达性要好。越大，许用间隙越小，电极的可达性要好。单个焊点的抗剪强度取决于两板交界面上熔核的面积。单个焊点的抗剪强度取决于两板交界面上熔核的面积。焊透率应介于焊透率应介于20%80%之间（两板上的焊透率应分别测量）。之间（两板上的焊透率应分别测量）。焊接不同厚度工件时，每一工件上的最小焊透率可为接头中薄件厚焊接不同厚度工件时，每一工件上的最小焊透率可为接头中薄件厚度的度的20%。3.点焊方法与工艺点焊方法与工艺 点焊方法：单点、多点焊点焊方法：单点、多点焊/单面、双面焊单面、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，须接受不同的清理方法。工艺参数及选择：电流（KA）通电时间（周）：对塑性指标影响较大 电极压力（KN）通常是依据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表通常是依据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取。选取。首先确定电极的端面形态和尺寸，其次初步选定电极压力和首先确定电极的端面形态和尺寸，其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调整焊接电流，以不同的电流焊接试样。经检验焊接时间，然后调整焊接电流，以不同的电流焊接试样。经检验熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调整电极压力、焊接时熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调整电极压力、焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。条件所规定的要求为止。*异种材料及不等厚板点焊的工艺措施：异种材料及不等厚板点焊的工艺措施：不等厚及异种材料焊接时、熔核偏向（产热多、散热难）一边不等厚及异种材料焊接时、熔核偏向（产热多、散热难）一边调整原则：增加薄料或导电、热好工件的产热，减小其散热。调整原则：增加薄料或导电、热好工件的产热，减小其散热。具体方法：具体方法：薄件一侧电极端面小直径薄件一侧电极端面小直径 薄件一侧接受导热性较差之合金作电极材料薄件一侧接受导热性较差之合金作电极材料 接受工艺垫片接受工艺垫片 接受硬规范接受硬规范4.常用金属材料的点焊（1）低碳钢及低合金钢 低碳钢的w(c)低于0.25%，具有良好的焊接性，其焊接电流、电极压力和通电时间等工艺参数具有较大的调整范围。可接受工频沟通、简洁循环，无须特殊工艺措施；磁性材料，留意其对焊接电流的影响。低碳钢和低合金钢假如表面的涂油未被车间的脏物或其他不良导电材料所污染，在电极压力下，油膜简洁被挤开，不会影响接头质量。（2）淬火钢 由于冷却速度极快，在点焊淬火钢时必定产生硬脆的马氏组织，在应力较大时还会产生裂纹。为了消退淬火组织、改善接头性能，通常接受电极间焊后回火的双脉冲点焊方法。（3 3）不锈钢）不锈钢 导电、导热率低，高温强度大。必需接受较高的电极导电、导热率低，高温强度大。必需接受较高的电极压力，通常接受较短的焊接时间、强有力的内部和外部水压力，通常接受较短的焊接时间、强有力的内部和外部水冷却，并且要精确地限制加热时间和焊接电流，以防止热冷却，并且要精确地限制加热时间和焊接电流，以防止热影响区晶粒长大和出现晶间腐蚀现象。影响区晶粒长大和出现晶间腐蚀现象。马氏体不锈钢由于有淬火倾向，点焊时要求接受较长马氏体不锈钢由于有淬火倾向，点焊时要求接受较长的焊接时间。为消退淬硬组织，最好接受焊后回火的双脉的焊接时间。为消退淬硬组织，最好接受焊后回火的双脉冲点焊。点焊时一般不接受电极的外部水冷却，以免因淬冲点焊。点焊时一般不接受电极的外部水冷却，以免因淬火而产生裂纹。火而产生裂纹。（4）铝合金 导电、导热率高，塑性温度范围小，易氧化，焊接性较差；焊前严格清理后快速施焊；必需接受大功率焊机以硬规范焊接（较大电流和较短的时间、较大的电极压力，电极随动性还要好）。选用导电、导热率高的1类电极合金材料，球面电极。1类电极：高电导率、中等硬度的铜及铜合金;2类电极：具有较高的电导率、硬度高于1类的合金;3类电极：电导率低于1类和2类、硬度高于2类的合金。二、凸焊二、凸焊（projection welding）凸焊是点焊的一种特殊形式。在焊接过程中充分利用“凸点”的作用，使焊接易于达成且表面平整无压痕（如图）。凸焊的特点：多个焊点可同时焊接，生产率高；小电流焊接可以牢靠地形成小熔核；凸点位置、尺寸精确，强度匀整；压痕浅，电极磨损少；焊前对表面质量要求（比点焊）低。缺点是结构须要有凸点（往往须要特地冲制）、电极困难，须要高电极压力、高精度大功率焊机。凸焊的适用范围：凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件，最适宜的厚度为0.54mm。另外，铁线制品等的焊接也属于凸焊。下图是其它一些凸焊结构。凸焊接头形成过程：凸焊接头形成过程：预压：形成导电回路预压：形成导电回路 通电加热：凸点压溃通电加热：凸点压溃 形形 核核 冷却结晶：压力维持冷却结晶：压力维持凸点接头和凸点设计凸焊接头设计凸焊搭接接头的设计与点焊相像。但通常凸焊接头的搭接量比点焊的小，凸点间的间距没有严格限制。凸点设计凸点的作用是将电流和压力局限在工件的特定位置上，其形态和尺寸取决于应用的场合和须要的焊点强度，有各种各样的形式。凸点的形态通常有圆球形和圆锥形两种，一般多用圆球形凸点。防止挤出金属残留在凸点四周形成板间间隙，可用带环形溢出槽的凸点。凸焊的工艺特点和工艺参数凸焊的工艺特点和工艺参数凸焊的工艺特点凸焊的工艺特点由于电流集中，克服了点焊时熔核偏移的缺点，因此凸焊工由于电流集中，克服了点焊时熔核偏移的缺点，因此凸焊工件的厚度比可以件的厚度比可以6：1。凸焊时，电极必需随着凸点的压溃而快速下降，所以应接受凸焊时，电极必需随着凸点的压溃而快速下降，所以应接受电极随动性好的焊机。电极随动性好的焊机。多点焊时，还要实行措施防止凸点移位。多点焊时，还要实行措施防止凸点移位。凸焊的工艺参数凸焊的工艺参数凸焊的工艺参数主要有：凸焊的工艺参数主要有：电极压力、焊接时间、焊接电流电极压力、焊接时间、焊接电流。电极压力：取决于被焊金属的性能、凸点尺寸和一次焊成的凸点数量，应使凸点在达到焊接温度时被完全压溃，并使工件贴合紧密。焊接时间：确定合适的电极压力和焊接电流后，再调整焊接时间。通常凸焊的焊接时间比点焊长，而电流比点焊小，多点凸焊的时间应适当稍长。焊接电流：一般比点焊的小。应接受在合适的电极压力下不致于挤出过多金属的最大电流。其它工艺措施：其它工艺措施：电极：通常接受电极：通常接受2类电极合金，类电极合金，3类电极合金亦可。常用平面电极，电极接触类电极合金亦可。常用平面电极，电极接触面直径不小于凸点直径的面直径不小于凸点直径的2倍。倍。三、缝焊三、缝焊 工工件件装装配配成成搭搭接接接接头头，并并置置于于两两滚滚轮轮电电极极之之间间，滚滚轮轮加加压压工工件件并滚动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。并滚动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。形式形式电流电流电极电极特点特点应用应用连续缝连续缝焊焊连续导连续导通通连续旋转连续旋转设备简单、生产率高，但电极磨损严重小功率焊机非重要结构断续缝断续缝焊焊断续导断续导通通连续旋转连续旋转应用广泛，（黑色金属）步进缝步进缝焊焊断续断续断续断续设备复杂，要求高，电极磨损少，焊接质量高多用于铝，镁合多）1.缝焊的分类的特点 2.缝焊工艺参数及选择缝焊工艺参数及选择焊接参数：焊接电流、电极压力焊接参数：焊接电流、电极压力、焊接时间焊接时间、休止时间休止时间、焊焊接速度接速度、滚轮直径宽度等。滚轮直径宽度等。电流：比点焊大15%40%。电极压力：对熔核的影响与电焊一样，数值通常比点焊大20%50%。焊接时间和休止时间：主要通过时间限制熔核尺寸，通过休止时间限制重叠量。低速焊接时，焊接/休止时间之比1.25：12：1，高速焊时则3：1。焊接速度：焊接速度与被焊金属、板件厚度以及焊缝强度、质量的要求等有关。通常较低。3.常用金属材料的常用金属材料的缝焊缝焊（1）低碳）低碳钢钢：低碳：低碳钢钢是是焊焊接性最好的接性最好的缝焊缝焊材料，有高速、中速、材料，有高速、中速、低速三种方案。手工移低速三种方案。手工移动动工件工件时时，多接受中速；自，多接受中速；自动焊动焊接接时时可以接可以接受高速；受高速；焊焊机的容量不机的容量不够够，只能接受低速。，只能接受低速。应应留意其磁性在留意其磁性在焊焊接回接回路中路中对电对电流的影响并流的影响并实实行相行相应应措施。措施。（2）不）不锈钢锈钢：小：小电电流，短流，短时间时间，大，大电电极极压压力，中力，中焊焊速速（3）铝铝合金：合金：焊焊接性差，接性差，应应用用强强规规范；范；电电极粘极粘连严连严峻，加峻，加强强电电极清理修整；建极清理修整；建议议用步用步进缝焊进缝焊。4.缝焊设备缝焊设备滚轮式：单轮滚轮式：单轮 双轮双轮馈电方式：双侧馈电方式：双侧 单侧单侧第四节第四节 对焊（对焊（Butt resistance welding）一、对焊的特点和方式一、对焊的特点和方式 对焊：以整个对接接触面焊合的电阻焊方法。特点：效率高、易于实现自动焊 形式：电阻对焊 闪光对焊 滚对焊二、电阻对焊（upset butt welding）接头形成过程：预压形成导电回路，保证接头紧密接触 通电加热使接头确定范围内达到塑性状态 顶锻挤出氧化物、使接头在压力下形成共同晶粒三、闪光对焊三、闪光对焊（FBW：flash butt welding）接头形成过程连续闪光对焊：闪光连续闪光对焊：闪光 顶锻顶锻预热闪光对焊（预热闪光对焊（241241）：预热）：预热 闪光闪光 顶锻顶锻特点：对焊前准备要求低，可焊材料广，焊接质量好，可焊大截面工特点：对焊前准备要求低，可焊材料广，焊接质量好，可焊大截面工件。件。应用：应用：杆件的接长，如钢筋、钢轨的接长等；杆件的接长，如钢筋、钢轨的接长等；环形工件的对焊，如锚链、车轮钢圈的对接焊等；环形工件的对焊，如锚链、车轮钢圈的对接焊等；部件的组焊，如发动机排气阀体与阀杆的对接焊等；部件的组焊，如发动机排气阀体与阀杆的对接焊等；异种金属的对焊，如铝异种金属的对焊，如铝/铜导电接头、刀头与刀杆的对接焊等。铜导电接头、刀头与刀杆的对接焊等。预热的作用：减小焊机需用功率；降低焊后冷却速度；缩短闪光时间。但预热又延长了焊接周期、降低生产效率，同时使焊接过程更困难，而且预热的限制比较困难。闪光的作用：主要是加热工件，同时形成的液态金属通过闪光被排闪光的作用：主要是加热工件，同时形成的液态金属通过闪光被排出，对接头起到清理作用；形成的气氛对接头产生确定的爱护作用，有出，对接头起到清理作用；形成的气氛对接头产生确定的爱护作用，有利于提高焊接质量。利于提高焊接质量。闪光必需稳定而猛烈，尤其在闪光后期。闪光必需稳定而猛烈，尤其在闪光后期。稳定稳定闪光过程中不短路（会使工件过烧甚至报废）、不断路闪光过程中不短路（会使工件过烧甚至报废）、不断路（会失去爱护作用）。（会失去爱护作用）。猛烈猛烈闪光越猛烈，自爱护作用越强。闪光越猛烈，自爱护作用越强。顶锻的作用：封闭工件端面间隙和液体金属爆破后留下的火口，挤顶锻的作用：封闭工件端面间隙和液体金属爆破后留下的火口，挤出端面的液体金属及氧化物夹杂，同时使接头在压力下结晶出端面的液体金属及氧化物夹杂，同时使接头在压力下结晶。焊接工艺参数：伸出长度焊接工艺参数：伸出长度 闪光留量闪光留量 闪光速度闪光速度 闪光电流密度闪光电流密度 顶锻顶锻力、顶锻留量、顶锻速度、夹钳夹持力等。力、顶锻留量、顶锻速度、夹钳夹持力等。闪光对焊新技术闪光对焊新技术1、程控降低电压闪光对焊、程控降低电压闪光对焊闪光起先阶段接受较高的二次空载电压（利于激起闪光），当端面温闪光起先阶段接受较高的二次空载电压（利于激起闪光），当端面温度上升后，再接受低电压闪光（以提高热效率），接近顶锻时又提高二次度上升后，再接受低电压闪光（以提高热效率），接近顶锻时又提高二次电压（使闪光猛烈，增加自爱护作用）。电压（使闪光猛烈，增加自爱护作用）。与预热闪光对焊相比，焊接时间短、需用功率低、加热匀整。与预热闪光对焊相比，焊接时间短、需用功率低、加热匀整。2、脉冲闪光对焊、脉冲闪光对焊通过液压振动装置，在动夹钳电极送进的行程上再叠加一个振幅通过液压振动装置，在动夹钳电极送进的行程上再叠加一个振幅0.251.2mm、频率、频率335Hz匀整可调的往复振动行程，使端面交替地匀整可调的往复振动行程，使端面交替地短路和拉开，形成脉冲闪光。短路和拉开，形成脉冲闪光。与一般闪光对焊相比，脉冲闪光对焊无自发爆破，喷溅微粒小、火与一般闪光对焊相比，脉冲闪光对焊无自发爆破，喷溅微粒小、火口浅，热效率可提高口浅，热效率可提高1倍多，顶锻留量可缩小倍多，顶锻留量可缩小1/31/2。以上两种方法主要是为了满足大断面工件的闪光对焊。以上两种方法主要是为了满足大断面工件的闪光对焊。3、矩形波闪光对焊以矩形波沟通取代工频正弦波沟通，可在整个周期内产生与电压相位无关的稳定、匀整的闪光，单位时间内的闪光次数比工频沟通提高30%，喷溅微粒小、火口浅，热效率高。多用于薄板和铝合金轮圈的连续闪光对焊。