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电阻焊原理和焊接工艺09国际焊接工程师培训 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。有生命必有希望一、电阻焊分类及简介一、电阻焊分类及简介点焊点焊工件搭接工件搭接工件搭接工件搭接柱状电极柱状电极柱状电极柱状电极熔核连接熔核连接熔核连接熔核连接通常板厚通常板厚通常板厚通常板厚4mm4mm上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏一、电阻焊分类及简介一、电阻焊分类及简介l凸焊凸焊l l工件搭接工件搭接工件搭接工件搭接l l工件有凸点工件有凸点工件有凸点工件有凸点l l平板电极平板电极平板电极平板电极l l熔核连接熔核连接熔核连接熔核连接l l一次可焊多点一次可焊多点一次可焊多点一次可焊多点上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏一、电阻焊分类及简介一、电阻焊分类及简介缝焊缝焊工件搭接工件搭接工件搭接工件搭接盘状滚动电极盘状滚动电极盘状滚动电极盘状滚动电极排点状焊缝排点状焊缝排点状焊缝排点状焊缝（连续或断续）（连续或断续）（连续或断续）（连续或断续）通常板厚通常板厚通常板厚通常板厚 3mm3mm上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏一、电阻焊分类及简介一、电阻焊分类及简介电阻对焊电阻对焊对接接头对接接头对接接头对接接头通常焊接直径通常焊接直径通常焊接直径通常焊接直径20mm20mm对接端面平整对接端面平整对接端面平整对接端面平整钳口式电极钳口式电极钳口式电极钳口式电极焊后接头处变粗焊后接头处变粗焊后接头处变粗焊后接头处变粗上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏一、电阻焊分类及简介一、电阻焊分类及简介l闪光对焊闪光对焊l l对接接头对接接头对接接头对接接头l l大截面工件大截面工件大截面工件大截面工件l l钳口式电极钳口式电极钳口式电极钳口式电极l l焊后接头处有焊后接头处有焊后接头处有焊后接头处有 毛刺毛刺毛刺毛刺上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏二、电阻焊的特点及工业应用二、电阻焊的特点及工业应用热量集中、加热时间短、焊接变形小；热量集中、加热时间短、焊接变形小；冶金过程简单；冶金过程简单；能适应多类同种及异种金属的焊接；能适应多类同种及异种金属的焊接；工艺过程简单，易于实现机械化及自动化；工艺过程简单，易于实现机械化及自动化；焊接生产率高，成本低；焊接生产率高，成本低；劳动环境较好，污染小。劳动环境较好，污染小。设备一次投资费用大，设备复杂，对维修人员技设备一次投资费用大，设备复杂，对维修人员技术要求较高；术要求较高；电网容量大，且多为单相，易造成电网不平衡；电网容量大，且多为单相，易造成电网不平衡；缺少简便、实用的无损检测手段。缺少简便、实用的无损检测手段。特点特点上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏二、电阻焊的特点及工业应用二、电阻焊的特点及工业应用各种薄板构件各种薄板构件各种冲压件、挤压件之间各种冲压件、挤压件之间或对薄板或对薄板各种形状相同截面对接各种形状相同截面对接或环状零件或环状零件上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏各种薄板构件的生产一辆轿车的白车身上焊点数：一辆轿车的白车身上焊点数：一辆轿车的白车身上焊点数：一辆轿车的白车身上焊点数：3 300050000005000个个个个电阻点焊在汽车白车身焊装中占据主导地位电阻点焊在汽车白车身焊装中占据主导地位上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏三、电阻点焊原理1、点焊的定义及本质 定义：焊件装配成塔接接头，并紧压在两电极之间，利用电阻热把焊接区局部金属加热到焊接温度，在压力下形成焊点的电阻焊方法称点焊。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏三、电阻点焊原理l1、点焊的定义及本质 本质本质：点焊焊点的剖面如：点焊焊点的剖面如右图，它是通过热与力的右图，它是通过热与力的综合作用在两板之间形成综合作用在两板之间形成的永久性连接。的永久性连接。两要素两要素：内部热源内部热源 施加压力施加压力上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏三、电阻点焊原理2 2、点焊加热原理及特点、点焊加热原理及特点 电阻点焊的热源是电阻热。电阻点焊时，当电阻点焊的热源是电阻热。电阻点焊时，当焊接电流通过两电极间的金属区焊接电流通过两电极间的金属区焊接区焊接区时，由于焊接区具有电阻，根据焦耳定律：时，由于焊接区具有电阻，根据焦耳定律：Q=IQ=I2 2RtRt，会在焊件内部形成热源，会在焊件内部形成热源内部热内部热源。源。特点特点：a)a)加热迅速、集中；加热迅速、集中；b)b)为获得合理的温度分布，焊接区的散为获得合理的温度分布，焊接区的散热非常重要；热非常重要；c)c)加热过程与被焊金属材料的热物理性加热过程与被焊金属材料的热物理性质关系密切；质关系密切；上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏三、电阻点焊原理l l3 3、焊接区电阻及变化规律、焊接区电阻及变化规律 点焊时焊接区存在三个种点焊时焊接区存在三个种类的电阻见右图：类的电阻见右图：（a a）焊件本身电阻）焊件本身电阻R Rw w （b b）焊件间的接触电阻）焊件间的接触电阻R Rc c （c c）焊件与电极间的接）焊件与电极间的接 触电阻触电阻R Rewew上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏1 1）焊件本身电阻）焊件本身电阻 电流通过焊件而产生的电阻热与焊件本身电阻有关，该电流通过焊件而产生的电阻热与焊件本身电阻有关，该电阻按下式计算：电阻按下式计算：其中其中焊件电阻系数焊件电阻系数 1 1、22两焊件厚度两焊件厚度 S S对应于电极接触面积对应于电极接触面积 K K考虑电流在板中扩散的系统考虑电流在板中扩散的系统11，K K仅与电极与焊件仅与电极与焊件的几何形状有关。的几何形状有关。由于由于 一般随温度升高而增大，故加热时间越长，电阻一般随温度升高而增大，故加热时间越长，电阻越大，产热多，对形成焊点的贡献越大。越大，产热多，对形成焊点的贡献越大。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏2）接触电阻 Rc 2Rew 接触电阻是一种附加电阻，通常是指在点焊电极压力下所测定的接触面（焊件焊件接触面、焊件电极接触面）处的电阻值。影响接触电阻的主要因素：表面状态 电极压力 加热温度：钢600，铝350时的接触电阻接近为零。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏点焊过程中接触电阻的变化上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏焊接区总电阻的分配（举例）上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏点焊过程中焊接区电阻的变化规律上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏三、电阻点焊原理l l4 4、点焊时的热量分配、点焊时的热量分配 Q1加热焊接区母材金属形成熔核的热量;Q2通过电极热传导损失的热量。Q3通过焊接区周围金属热传导损失的热量 上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺1、点焊分类 双双面面点点焊焊上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺1、点焊分类 单单面面点点焊焊上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺2、点焊流程上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺 点点焊焊流流程程举举例例上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺3、电阻点焊典型控制参数 碳钢电阻点焊参数（碳钢电阻点焊参数（碳钢电阻点焊参数（碳钢电阻点焊参数（t t为板厚）为板厚）为板厚）为板厚）上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺几种材料的点焊工艺参数上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺4、点焊工艺参数对接头质量的影响1）焊接电流上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺2）电极压力的影响上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺l l强规范（硬规范）：强规范（硬规范）：大电流，短时间大电流，短时间l l弱规范（软规范）：弱规范（软规范）：小电流，长时间小电流，长时间 取决于工件材料的取决于工件材料的性能、厚度及所用焊性能、厚度及所用焊机的功率。但有上、机的功率。但有上、下限。下限。3）焊接时间的影响上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺4）电极端面形状及尺寸的影响）电极端面形状及尺寸的影响电极工作端面分圆柱形、圆锥形、球面形三种，以圆锥形、电极工作端面分圆柱形、圆锥形、球面形三种，以圆锥形、球面形最广泛，主要是可以加强冷却降低电极温度。虽然球面形最广泛，主要是可以加强冷却降低电极温度。虽然球面形电极寿命长、散热快、焊点外观好、但制造，尤其球面形电极寿命长、散热快、焊点外观好、但制造，尤其是修复比较困难，故一般使用圆锥形电极居多。是修复比较困难，故一般使用圆锥形电极居多。工作面的选定与压力大小有关。压力大工作面的选定与压力大小有关。压力大 、工作面需大些，、工作面需大些，以免电极端面压坏，所以随板厚的加大，工作面直径亦需以免电极端面压坏，所以随板厚的加大，工作面直径亦需增加，工作面是不断磨损而增大的，所以在焊接生产中要增加，工作面是不断磨损而增大的，所以在焊接生产中要定时修复，否则因电流密度下降而导致熔透下降甚至无熔定时修复，否则因电流密度下降而导致熔透下降甚至无熔核。采用随焊点数增加而电流自动提升的方法可以延长两核。采用随焊点数增加而电流自动提升的方法可以延长两次修复之间的时间。次修复之间的时间。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺5、电阻点焊的几个影响因素1）分流及影响因素点距越小，板材越厚，材料导电性越好，分流越严重。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺焊接顺序对分流的影响 焊件表面状态对分流的影响焊件表面状态对分流的影响 表面处理不良时，油污和氧化膜使接触电阻增大，导致焊接区总电表面处理不良时，油污和氧化膜使接触电阻增大，导致焊接区总电表面处理不良时，油污和氧化膜使接触电阻增大，导致焊接区总电表面处理不良时，油污和氧化膜使接触电阻增大，导致焊接区总电阻增大，分路电阻相对减小，使分流增大。阻增大，分路电阻相对减小，使分流增大。阻增大，分路电阻相对减小，使分流增大。阻增大，分路电阻相对减小，使分流增大。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺电极与工件非焊接区接触焊件装配不良或装配过紧单面点焊上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺l l分流的不良影响分流的不良影响1 1）焊点强度降低；）焊点强度降低；2 2）单面点焊产生局部接触表）单面点焊产生局部接触表面过热和飞溅面过热和飞溅l l消除和减少分流的措施消除和减少分流的措施1 1）选择合理的焊点距；）选择合理的焊点距；2 2）严格清理被焊工件表面；）严格清理被焊工件表面；3 3）注意结构设计的合理性；）注意结构设计的合理性；4 4）对敞开性焊件。采用专用）对敞开性焊件。采用专用电极和电极握杆；电极和电极握杆；5 5）连续点焊时，可适当提高）连续点焊时，可适当提高焊接电流；焊接电流；6 6）单面多点焊时，采用调幅）单面多点焊时，采用调幅焊接电流波形。焊接电流波形。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺l l2 2）感应电阻对焊接电）感应电阻对焊接电流的影响流的影响 由于窗口内的工件由于窗口内的工件存在感应电阻，感应存在感应电阻，感应电阻越大，焊点的焊电阻越大，焊点的焊接电流越小，故焊点接电流越小，故焊点6 6的焊接电流必焊点的焊接电流必焊点1 1的的电流小。电流小。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏四、电阻点焊工艺l l3 3）不同厚度和不同材料的）不同厚度和不同材料的点焊点焊 由于工件厚度和材料由于工件厚度和材料不同，会产生熔核偏移现不同，会产生熔核偏移现象，克服的方法是：象，克服的方法是：a)a)采用硬规范；采用硬规范；b)b)不同直径或材质电极；不同直径或材质电极；c)c)附加导热性差的工艺垫附加导热性差的工艺垫片；片；d)d)采用凸焊方法。采用凸焊方法。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏五、电阻点焊设备1、点焊机的构成上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏五、电阻点焊设备2、点焊电极1）电极结构上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏五、电阻点焊设备2、点焊电极1）电极结构（电极端面形状）上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏五、电阻点焊设备2 2、点焊电极、点焊电极2 2）电极材料）电极材料 第一类：导电最好、强度最差，适用于要求电流第一类：导电最好、强度最差，适用于要求电流密度高但高温强度差的焊件例如铝合金；密度高但高温强度差的焊件例如铝合金；第二类：导电适中、强度亦适中适用于大多数第二类：导电适中、强度亦适中适用于大多数件，汽车行业均采用此类铜合金，有件，汽车行业均采用此类铜合金，有CrCuCrCu及及CrCrZrCuZrCu等；等；第三类：导电较差，但强度（主要是高温强度）第三类：导电较差，但强度（主要是高温强度）最好，适用于焊接强度及硬度较高的不锈钢、高稳最好，适用于焊接强度及硬度较高的不锈钢、高稳合金等。合金等。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏五、电阻点焊设备2、点焊电极2）电极材料（硬度和软化温度）上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏五、电阻点焊设备2、点焊电极2）电极材料（导电率）上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏六、金属的焊接性1 1、材料可焊性及评定指标、材料可焊性及评定指标 可焊性是指用来相对衡量金属在一定焊接工艺条件下，实现优可焊性是指用来相对衡量金属在一定焊接工艺条件下，实现优质接头难易程度的尺度。质接头难易程度的尺度。评定材料点焊可焊性的指标评定材料点焊可焊性的指标通常有：通常有：1 1）材料的导电性和导热性材料的导电性和导热性 导电、导热性好的材料导电、导热性好的材料 ，其可焊性较差，其可焊性较差2 2）材料的高温和常温强度材料的高温和常温强度 此强度越大，可焊性越差，易产生飞溅此强度越大，可焊性越差，易产生飞溅3 3）材料的线胀系数材料的线胀系数 线胀系数越大，点焊是易产生裂纹等缺陷，焊线胀系数越大，点焊是易产生裂纹等缺陷，焊 后翘曲变形大。后翘曲变形大。4 4）材料的热敏感性材料的热敏感性 热敏感性越强的材料，焊接易出现淬硬组织或热敏感性越强的材料，焊接易出现淬硬组织或裂纹等缺陷。裂纹等缺陷。5 5）材料的熔点以及电极材料形成合金的倾向材料的熔点以及电极材料形成合金的倾向 熔点越高，点焊时电熔点越高，点焊时电极易变形和磨损，可焊性差。有些表面镀有低熔点且易与电极极易变形和磨损，可焊性差。有些表面镀有低熔点且易与电极形成合金的镀层材料，焊接时易使电极沾污，可焊性差。形成合金的镀层材料，焊接时易使电极沾污，可焊性差。上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏六、金属的焊接性上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏六、金属的焊接性2、典型材料的焊接上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏六、金属的焊接性2、典型材料的焊接上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏六、金属的焊接性2、典型材料的焊接、典型材料的焊接上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏七、电阻缝焊l l1 1、缝焊原理及分类、缝焊原理及分类按滚盘滚动及馈电方式分：按滚盘滚动及馈电方式分：1 1）连续缝焊）连续缝焊 滚盘连续转动，电流不断通过滚盘连续转动，电流不断通过2 2）断续缝焊）断续缝焊 滚盘连续转动，电流断续通过滚盘连续转动，电流断续通过3 3）步进缝焊）步进缝焊 滚盘断续转动，电流在转盘停滚盘断续转动，电流在转盘停顿时通过顿时通过上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏七、电阻缝焊1、缝焊原理及分类、缝焊原理及分类 按接头形式分：上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏七、电阻缝焊2、缝焊设备及分类、缝焊设备及分类上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏八、凸焊1、凸焊原理及分类凸焊分为：单点凸焊、多点凸焊、环焊、T型焊、滚凸焊、线材交叉焊上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏八、凸焊1、凸焊原理及分类上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏八、凸焊2、凸焊工艺上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏八、凸焊2、凸焊工艺上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏九、闪光对焊1、闪光对焊循环上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏九、闪光对焊2、闪光对焊过程示意上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏九、闪光对焊3 3、闪光对焊工艺参数、闪光对焊工艺参数1 1）伸出长度（夹持长度）伸出长度（夹持长度）2 2）附加长度（预热、闪光、顶端留量）附加长度（预热、闪光、顶端留量）3 3）顶锻力）顶锻力5 5500N/mm500N/mm2 24 4）预热电流）预热电流2.5-10A/mm2.5-10A/mm2 25 5）闪光电流）闪光电流1.8-7A/mm1.8-7A/mm2 26 6）二次空载电压）二次空载电压15V15V7 7）预热速度）预热速度2mm/s2mm/s8 8）闪光速度）闪光速度0.50.52mm/s2mm/s9 9）顶锻速度）顶锻速度2525200mm/s200mm/s上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏十、电电阻阻焊焊的的检检验验和和质质量量控控制制 1、电阻焊接头破坏性检验、电阻焊接头破坏性检验上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏十、电阻焊的检验和质量控制十、电阻焊的检验和质量控制2、非破坏性检验及微观检验上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏十、电阻焊的检验和质量控制十、电阻焊的检验和质量控制3、电阻点焊实时监控上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏谢谢各位，请提宝贵意见！谢谢各位，请提宝贵意见！联系方式：上海交通大学材料科学与工程学院联系方式：上海交通大学材料科学与工程学院联系方式：上海交通大学材料科学与工程学院联系方式：上海交通大学材料科学与工程学院Tel:34203089Tel:34203089Email:wang-Email:wang-上海交通大学上海交通大学 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 王敏王敏