压力焊新训讲解课件

压力焊,压力焊,压力焊是指焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。,热源形式为：电阻热、高频热、摩擦热等。,力的形式为：静压力、冲击力（锻压力）和爆炸力等。,压力焊为：冷压焊、扩散焊和热压焊,压力焊,一、压力焊的物理本质 压力焊本质是指通过加热等物理化学过程使金属达到塑性状态，加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（0.30.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。,方式1（点焊缝焊）类似熔化焊 加热 熔化 冶金反应 凝固 固态相变 形成接头。（提高了焊接接头质量） 方式2 在固态状态下，以来与压力。产生塑性变形、再结晶、扩散等作用形成接头。压力为形成街头的主导作用。 注：加热过程更易于实现焊接，提高塑性，降低变形阻力，显著减小所需压力，增加金属原子扩散速度。（Al 的冷压焊与电阻对焊对比。）,二、压焊的分类与发展 1、电阻焊（点焊、缝焊、对焊、对接缝焊） 2、摩擦焊 3、扩散焊 4、爆炸焊 5、磁力脉冲焊 6、超声波焊 7、冰压焊,电阻焊定义：焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流流过焊接区所产生的电阻热加热工件，使要焊接部位达到局部熔化或高温塑性状态，通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。 （接触焊）,电阻焊,物理本质：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。 分类： 1. 按接头形式和工艺特点分：点焊；缝焊；对焊。 2.按电流分:交流、直流、脉冲 优点：1）接头质量高；2）辅助工序少3）不需要填充材料4）生产效率高，易于实现自动化 缺点：1）无损检验困难；2）设备复杂，维修困难，一次性投资高。,电阻焊的优缺点 与铆接或其他方法相比较 优点：接头质量高，辅助工序少，无序添加焊接材料，机械化、自动化程度高。 缺点：接头质量无损检测较为困难，电阻焊设备复杂，维修困难，投资高。,第一章 电阻点焊,第一节 概述,一、定义,焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。,二、特点,1。靠尺寸不大的熔核连接； 2。在大电流、短时间的条件下焊接； 3。在热和机械力联合作用下形成焊点。,三、分类,1。按焊接电流波形分,工频 50或60Hz,低频 310Hz,2.5kHz450kHz,交流,高频,脉冲,电容储能,直流冲击波,2。按工艺特点分,双面单点,单面双点,单面单点,电阻电焊基本原理 点焊接头组成：熔核、塑性环、母材。 点焊接头形成过程： 1、预压阶段、I=0，F0 2、通电加热阶段、 F0， I0（边缘效应）（绕流效应） 3、冷却结晶阶段。 I=0，F0,四、对点焊质量的要求,1）熔核直径,或,板厚,2）焊透率,3）压痕,520%,1。熔核尺寸的几个基本概念,2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热循环极为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低。这时，尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。,1）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关；,2。对点焊质量的要求,第二节 点焊时的电阻及加热,一、点焊时的电阻,1。接触电阻,接触电阻形成原因示意图,1）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。,2)影响因素：,（1)表面状态,a) 清理方法,b) 存放时间,c) 表面粗糙度,(2)压力,电极压力,接触电阻,“滞后”效应,(3)温度,等于,与,并联值,2. 焊件内部电阻,1) 几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积,预压时，电极压力的应力分布,电流场与电流密度分布 a)导线中 b)单块板中 c)点焊时 i一电流线 j一电流密度 jc一平均电流密度,2）边缘效应与绕流现象,边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。,原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积 。,绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散的现象。,3）焊件内部电阻的近似计算,0 1 2 3 4 5 6,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,与不均匀加热程度有关，可在0.80.9范围内选取。硬规范点焊时，焊接区温度很不均匀，应选低值；软规范点焊时，则取高值。,3）影响因素：,综上所述，边缘效应、绕流现象，均使点焊时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接触面为底的圆柱体内，而要向外有所扩展，因而使悍件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。这些因素可归纳为； （1）金属材料的热物理性质 （2）机械性能 （3）点焊规范参数及特征 （4）焊件厚度等。,3。焊接区的总电阻：,点焊过程中，焊件焊件和电极电极的接触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因此，引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强调的是，由于材料性能的不同，不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大 。,1）低碳钢,在低碳钢的点焊过程中，焊接区动态阻的变化规律可以分为以下几个阶段 ： 下降段t0t1：由于接触电阻的迅速降低及消失所造成。该阶段的主要特点是时间短，曲线呈陡降（例如，点焊1.21.2mm冷轧低碳钢板，该段时间约为(12周波)，焊接区金属未熔化但有明显加热痕迹。值得注意的是，当加热速度较快时，该阶段将难以观测到。,上升段t1t2：随着加热的进行，焊接区温度升高，金属电阻率 的增加很快由于焊接区金属基本处于固态，接触面增加缓慢，因而的增大起主要作用，曲线上升较快。经过一段时间加热后，焊接区温度已比较高，的增大速率减小，而焊接区导电面积增加较快，结果使动态电阻增加速率减缓,最终达到最大值。一般认为，接近峰值点时焊接区金属已局部熔化，开始形成熔核，达到温度稳定点。因为继续加热，金属将不断由固态变成液态，使熔核逐渐增大，但此时输入功率作为潜热消耗，焊点温度不再升高。,再次下降段t2t3：继续加热使熔化区及塑性环不断扩展，虽然金属由固相向液相转变时电阻率有突然的增大，但由于绕流现象，使得主要通过焊接电流的金属区域电阻率并没有明显增大。绕流现象使电极下的导电通路截面增大：另一方面，由于金属的明显软化使接触面积迅速增大，电流场的边缘效应减弱。结果均使得焊接区的电阻减小，曲线下降。,平稳段t3以后：由于电极与焊件接触面尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间，使焊件间间隙加大（板缝翘离），限制了熔核和导电面积的增大。同时，由于电流场和温度场均进入准稳态，熔核和塑性环尺寸也基本保持不变，动态电阻曲线将日趋平稳。,不同焊接电流时动态电阻曲线,2）不锈钢,二、点焊时的加热特点,1。电阻对点焊加热的影响,1）接触电阻：产热510%,作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用,2）内部电阻：9095%,作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。,2.电流场分布对点焊加热的影响,点焊时的电场,其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数，例如，80的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的80。,点焊时各典型截面的电流密度分布,1)集中加热,点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，其结果就使贴合面处产生了集中加热效果，而该处正是点焊时所需要连接的部位,2)塑性环,贴合面的边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现密封的塑性连接区，此密封环对保证熔核的正常生长，防止氧化和飞溅的产生有利。,3)不均匀的温度场,4。点焊的热平衡,熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量的1030%，其大小取决于金属热物理性质 、熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。,由散热而损失的热量，占总产热量的7090%。散热途径：工作热传导，对流，幅射。最主要是电极散热，占3050%（铜电极水冷）其次是工件热传导20%,对流辐射占5%,与电极形状,材料物理性质,焊接规范均有关.,5. 点焊热源的特点,1) 电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。,2) 内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度分布(例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温度低)，散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。,电阻焊与熔焊的共性和本质区别,2015,2016,接头共同本质：两焊件间有足够量的共同晶粒、依靠原子间结合力结合在一起，构成牢固性、永久性的接头 简单一句话都是焊接,熔焊的基本条件：连接处熔化,2017,电阻焊的基本条件 焊接电源和接触电阻提供的电阻热 电极压力产生的塑性变形,2018,电阻焊与一般熔化焊的物理本质区别：热源的差别以及塑性变形在连接过程的存在,电阻焊与电弧焊相比的显著特征,热效率高 电弧焊是从外部向焊件传导热能 电阻焊是从内部直接加热，热效率较高 思考：从焊接方法物理本质的区别如何分析后续可能存在的一系列“连带区别”？ 缝焊致密 一般，电弧焊缝是在常压下凝固结晶 电阻焊缝是在外界压力作用下结晶，具有锻压的特性。容易避免产生缩孔、疏松和裂纹等缺陷，能获得致密的焊缝,电弧热,电阻热,电阻焊应用情况,2015,2016,适用于电阻焊的结构和零件仍然非常广泛。例如，飞机机身、汽车车身、自行车钢圈、锅炉钢管接头、轮船的锚链、洗衣机和电冰箱的壳体等,电阻焊所适用的材料也非常广泛，不但可以焊接碳素钢、低合金钢，还可以焊接铝、铜等有色金属及其合金,第二章 电阻点焊工艺,第一节 点焊过程分析,一、焊接循环,1。定义：在电阻焊接过程中，完成一个焊点或焊缝所需要的全部过程或全部阶段,2。点焊的基本焊接循环,F,I,加压,通电焊接,维持,休止,加压,F,I,3。复杂的点焊焊接循环,二、点焊接头形成过程,点焊接头形成的三个阶段,a) 预压 b) 、c)通电加热 d)冷却结晶,1。预压阶段,1）机电特点： ，=,2）作用： 减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点，为以后焊接电流顺利通过创造条件； 此外，在压力作用下，金属挤向间隙所引起的塑性变形，有助于在熔核四周形成密封熔核的环带(密封环)。,预压时，电极压力的应力分布,2。通电加热阶段,1)机电特点： ，,2)作用： 在热和机械力联合作用下，形成塑性环和熔核，直到熔核长到所要求尺寸.,图(B)表示两板搭接点焊时焊核生长过程的情况。(a)表示开始导通电流的焊接初期，由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完全接触，电流的边缘效应也较强，因此接触面外侧的电流密度很高，这部分的温度首先上升。(b)表示又经过一段时间的状态，在外侧温度上升的地方，因电阻增加而温度继续上升，并开始产生一部份热影响区，而与电极相接触的表面则受到冷却。由于电流的边缘效应，处于母材接合面和电极接触面中间的区域，温度不能升高，因此形成象两个腰鼓对合起来的形状。(c)表示再经过一段短时间，开始形成焊核的状况。焊核中心区因热量很难散走而温度上升，而与电极接触的区域进一步被冷却，所以焊核成为四角形。(d)表示经过足够长的时间后的状况，由于中心区散热困难，而电极和板的周围却散热容易，所以焊核变成椭圆形。,这样的焊核生长过程，在单块板通电时就更容易理解。有人认为：点焊是利用接触面的接触电阻进行焊接的方法，不是两板重迭就不能形成焊核。但是，即使是单块板，只要增加电流，同样也能形成焊核。图(A)表示单块板通电时焊核的生长过程。起初，电极的正下方出现三角形的热影响区，随着通电时间的加长，两个热影响区合并成鼓形。继续加长通电时间就形成四方形焊核。,3.冷却结晶阶段,1)机电特点： ，=,2)作用： 保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，冷却结晶时间很短（一般周波），但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论,维持阶段的作用,1. 保证熔核在压力状态下结晶,减少出现缩孔裂纹等组织缺陷的几率;,2.避免电极与工件“打火”,第二节 点焊规范参数及相关关系,一、规范参数（工艺参数）,1。焊接电流,2。焊接时间,3。电极压力,4。电极端面尺寸,二、规范参数之间的关系,1.焊接电流和焊接时间的适当配合,这种配合是以反映焊接区加热速度快慢为主要特征。当采用大焊接电流、小焊按时间参数时称硬规范；而采用小焊接电流、适当长焊接时间参数时称软规范。,软规范的特点,2015,2016,加热平稳，焊接质量对规范参数波动的敏感性低，焊点强度稳定；,温度场分布平缓、塑性区宽，在压力作用下易变形，可减少熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向；,2017,对有淬硬顿向的材料，软规范可减小接头冷裂纹倾向，所用设备装机容量小、控制精度不高，因而较便宜。,2018,但是，软规范易造成焊点压痕深、接头变形大、表面质量差，电极磨损快、生产效率低、能量损耗较大。,2。焊接电流和电极压力的适当配合,这种配合是以焊接过程中不产生喷溅为主要特征，这是目前国外几种常用规范(RWMA、 MIL spec、BWMA等)的制定依据。根据这一原则制定的I、F关系曲线称喷溅临界曲线。,点焊工艺焊前清理,焊前清理，并严格规定存放时间 点焊电流大、阻抗小，二次侧电压低 焊件表面氧化膜、油污等直接影响热量析出、熔核形成及电极寿命，并导致缺陷产生和强度降低 焊前对焊件表面进行清理是十分关键、重要的工序 常用方法：机械清理、化学清理,点焊时的分流,点焊分流的影响因素,2015,2016,焊点距的影响：连续点焊时，点距愈小，板材愈厚，分流愈大；如果所焊材料是导电性良好的轻合金，分流将更严重，为此必须加大点距。,焊件表面状态的影响,2017,焊接顺序的影响,2018,电极(或二次回路)与工件的非焊接区相接触,2019,单面点焊工艺特点的影响,分流的不良影响,使焊点强度降低 单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅,消除和减少分流的措施,2015,2016,选择合理的焊点距,严格清理被焊工件表面,2017,注意结构设计的合理性,2018,连续点焊时，可适当提高焊接电流。,2019,单面多点焊时，采用调幅焊接电流波形,不同材料及不同厚度板的点焊,点焊的主要问题,2015,2016,材科不同，其导热、导电性能差异有时较大；板厚不等，其热容量、导热距离亦有差异。以上两种不同情况下都会形成熔核偏移。,当熔核偏移严重时，可导致熔核仅位于一板内而使焊接失败，即使不太严重亦导致结合面上的熔核直径减小而影响强度性能。,焊接区沿板厚温度分布图,解决问题的方法,2015,2016,采用不同直径或材料的电极，其目的是改变两板的散热条件来改变温度分布。,用温度分布远末接近平衡状态的硬规范，充分利用点焊前期对接触电阻的析热量，使之在尚未完全散失前即形成熔核。最典型的是电容放电点焊工艺。,2017,薄板侧加工艺垫片，以减少电极对薄板的散热效果。这类工艺垫片一般为0.2-0.3mm的薄箔，热导率较小。如铜或铝合金点焊时采用不锈钢垫片黄铜点焊时采用低碳钢垫片，金丝或金箔点焊时采用钼箔垫片。垫片熔点均高于焊件，当正确控制参数时。焊后垫片较易揭除。,解决问题的方法,2015,2016,在一个电极上附加发热回路，使两电极的温度不一从而调整温度分布，这在仪表工业中焊接小型零件时常采用。,用帕尔帖效应使两电极工作面温度不等。帕尔帖效应是热电势现象的逆向现象。即当直流电按某特定方向通过异种材料接触面时，将产生附加的吸热或析热现象。所以这个效应仅在单向通电时有效。而且目前常用金属中仅铝与铜合金电极间，这个效应才较明显，具有实用价值。,常用金属材料的点焊,低碳钢的点焊,这类钢的点焊焊接性良好，焊接参数范围宽。在常用厚度范围内(0.53.0mm)一般无需特殊措施，采用单相工频交流电源，简单焊接循环即可获得满意结果。,低碳钢的焊接技术要点,2015,2016,冷轧板焊前无需专门清理，热轧板则必需清除表面上的氧化层、锈蚀等杂质。如经冲压加工，则需清除冲压过程中沾上的油污。,如设备容量许可，建议采用硬的焊接参数，以提高热效率和生产率，并可减少变形。,2017,选用中等电导率、中等强度的Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。,2018,表面清理质量较差或冲压精度较差而刚度又大时，可考虑采用调幅电流(渐升)或加预热电流的措施来减少飞溅。,2019,板厚超过3mm时，焊接电流较大，通电时间较长为改善电极工作条件，可采用多脉冲焊接电流。,镀层钢板的点焊,镀层钢板点焊的难点在于：镀层金属熔点低，早于钢板熔化，熔化的镀层金属流人缝隙，增大接触面降低电流密度，因此需增大电流。镀层金属与电极在升温时往往能组成固溶体或金属间化合物等合金，一旦发生上述现象，电极端部的导电、导热性能下降，温度进一步上升，产生恶性循环，加速电极的粘污损坏，同时亦破坏了零件的镀层。镀层金属如进入熔化的钢质熔池将产生结晶裂纹，因此需在钢板熔化前把镀层挤出焊接区。,CuCrZr: 1075oC: Zinc: 420oC Brass: 1027oC (70Cu/30Zn) Steel: 1427oC Nitrode: 1083oC,Melting points,We are trying to join steel with something (copper) that melts 350oC earlier !,500oC,800oC,900oC,800oC,1000oC,1300oC,Temperatures in Resistance Welding (Simplified representation),Anneal temp: CuCrZr 500oC Anneal temp: Nitrode Al 60 900oC,SOURCE: O.U. Science Data Book, Outukumpu, OMG.,SOURCE: O.U. Science Data Book, Outukumpu, OMG.,镀层钢板焊接技术要点,2015,2016,与等厚低碳钢相比电流应增大30%-50%，镀层熔点越低，增加越多。电极压力则增大20%30%即可。与低碳钢相比，同样的电极压力，其临界飞溅电流有所上升。,采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。要加强冷却，允许外水冷。二次修磨间的焊接点数仅为焊低碳钢时的110-120。薄板(1.2mm)点焊时可采用嵌钨电极。,2017,由于电极粘污严重，是产生质量问题的主要原因，故在结构允许条件下改用凸焊是解决电极粘污的最佳方案。,2018,锌、铅等元素的金属蒸气和氧化物尘埃对人体有毒，需加强通风。,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。,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，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。,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。,1.缝焊方法： 连续缝焊： 焊件在焊轮间连续移动，焊接电流也连续通过，每半周形成一个焊点。这种方法，设备简单生产率高，但焊轮易于发热而磨损，熔核附近及工件表面易过热，焊缝下凹，生产中少用。,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。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。,金属材料的热物理性质和规范特征刘缝焊电流场形态有影响:钢导电、导热性差，邻近焊接区的已焊点冷却缓慢而温度高、电阻率大，分流仅从已焊点边缘流过。 因此，缝悍钢时，山于分流小、焊接规范软，其电流场形态如图a, 缝焊铝合金时情况则相反，分流不止流过一个已焊点，因而焊接电流很大且规范硬，边缘效应显著，使其电流场形态图b 当缝焊遇到点固焊点时，由于分流突然增大和贴合面集中加热效果减弱，破坏了正常的电流场特征并使熔核尺寸减小图b）,缝焊时的温度场缝焊时，已焊点对焊接电流有分流作用，同时又有预热作用， 但二者对焊接区的加热过程共有相反的影响，考虑分流的影响，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，缝焊时焊接区对已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0.12.5mm)，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t和脉冲间隔时间t0,缝焊规范参数选择,缝焊时，可通过电流脉冲时间t来控制熔核尺寸，调整脉冲间隔时间t0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、焊透率下降、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。,P69 Fig3-6 a图 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。,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,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。 连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,一、闪光对焊过程分析 1.闪光对焊焊接循环 连续闪光对焊焊接循环由闪光，顶锻、保持、休止等程序组成。与电阻对焊时相似，闪光、顶锻二个连续阶段组成连续闪光对焊接头形成过程，而保持、休止等程序则是对焊操作中所必须的。预热闪光对焊则在其焊接循环中尚设有预热程序(或预热阶段)。 (1)闪光阶段闪光(flashing)是闪光对焊时，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，瞬间熔断连接对口两端面的液体过梁,闪光对焊过程中电阻的变化规律,Rc ：析热占总析热85-90% Rw：析热占总析热10-15%,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：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而的液体过梁。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，闪光的形成实质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。,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,闪光的作用: 加热焊件，热源主要来源于液体过梁的电阻热以及过梁爆破时部分金属液滴喷射在 对口端面断口上所带来的热量。 烧掉焊件端面上的脏物和不平，因此降低了对焊前端面的准备要求。 液体过梁爆破时产生的金属蒸气及气体(co. co2等)减少了空气对对口间隙的侵入，形成自保护。同时，金属蒸气及抛射的金属液滴被强烈氧化而减小了气体介质中氧的分压，从而降低了对口间隙中气体介质的氧化能力。 闪光后期在端面上所形成的液体金属层，为顶锻时排除氧化物和过热金属提供f有利条件。,闪光对焊时，为获得优质接头，闪光阶段结束时必须满足以下二点要求: 对口处金属尽量不被氧化这就要求闪光应进行得稳定而又激烈，尤其应控制好从闪光后期至顶锻开始瞬间，闪光不能中断和应有更高频率的过梁爆破。同时，也应控制好闪光过程中工件不应产生短路，否则，将使端面局部过热。规范参数中的二次空载电压和闪光速度对该点影响最大。 在对口及附近区域获得一合适的温度分布，其标志为沿对口端面加热均匀，沿零件长度获得合适的温度分布，端面土有一层较厚的液态金属层。,顶锻的作用,封闭对口间隙，挤平因过粱爆破而留下的火口。 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。,顶锻阶段 顶锻开始时，动夹具突然加速使对口间隙迅速缩小，过梁断面增大而不再爆破，闪光骤然停止。对口及邻近区域开始承受愈来愈大的挤压力。 顶锻的作用: 封闭对口间隙，挤平因过梁爆破而留下的火口。 彻底清除端面上的液体金属层使焊f缝中不残留铸造组织。 排除过热金属及夹杂，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，焊缝再结晶过程。 闪光对焊中，为获得优质接头，顶锻阶段结束时必认满足下面基本要求:即对口及其邻近区域获得足够而又适当的塑性变形。 顶锻阶段又由有电顶锻和无电顶锻两部分组成。有电顶锻是使端面液态金属不致于过早冷却，致使对口加热区保持一定深度，这在大截面焊件尤为重要。,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,闪光预热接通电源后，多次将二焊件端面轻微接触、分开，在每次接触过程中都要激起短暂的闪光。 预热的作用： 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。 缩短闪光加热时问、减小闪光量，不仅可节约金属，对管材尚能减小内毛刺。 预热也存在不足之处，即带来生产效率低、过程控制复杂、过热区宽和接头质量稳定性较差等。 闪光对焊时，为获得优质接头，顶热阶段结束时应满足:沿整个焊件端面(尤其是展开形焊件，例如板材等)得到均匀的顶热，并达到所要求的温度值。这一要求可通过调整规范参数中的预热温度和预热时间来实现。,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： 该参数的意义及作用与电阻对焊时相应参数同，可根据焊件断面和材料性质选择. (1)l=（0.7-1.0）d d为圆材的直径或方材边长。 (2)l=（4-5） 为板材厚度。 (3)异种材料闪光对焊，l参数选择见T4-1 闪光参数 1.闪光留量：闪光对焊时，考虑焊件因闪光而减短的预留长度。又称烧化留量。 是一重要加热参数，随着金属的烧损，对口及邻近区域温度升高，变化规律如图4-4曲线A表示对口端面的温度变化，曲线族B表示不同闪光量时沿焊件长度获得的摄度分布。应该注意，当闪光进行到f 时，沿焊件长度的温度场进人准稳态。理论上讲，此时即可转人顶锻阶段。,但考虑到毛坯加热的不均匀性及端面下料误差等因素， f应比f 大50%-100%，过大的f，会带来材料和能源的浪费，但是，过小会造成加热不足而给顶锻带来困难，使接头质量降低。 2、闪光速度 3、闪光电流密度 顶锻参数 1、 顶锻留量u闪光对焊(或电阻对焊)时，考虑两焊件因顶锻缩短而预留的长度称顶锻留量。 u是一重要参数，它影响液态金属、氧化物的排除及塑性变形程度，通常u略大些对实现上述作用有利。但是u过大会使接头金属纤维流线剧烈弯曲、焊缝中心纤维呈现横流，易出现层状撕裂等缺陷。u过小会使液态金属残留在对口中形成粗大铸造组积及凝固缺陷(疏松、裂纹等)，同样也降低了接头性能。,2、顶锻速度v 闪光对焊(或电阻对焊)时，顶锻阶段动夹具的移动速度称顶锻速度。通常v略大些对获得优质接头有利。因为足够高的v能迅速封闭对口端面间隙、减少金属氧化，在高温状态下可较容易的排除液态金属和氧化夹杂，使纯净的端面金属紧密贴合，促进交互结晶。如果v较小，不仅使闭合间隙和塑性变形所i时间增长，而且由于对口金属温度早已降低，导致去除和破坏氧化膜变得困难。 v的最小平均值对铸铁为20-30mm/s，对高碳钢为50-60mm/s、对低碳钢为60-80mm/s、对复杂合金钢为80-100mm/s 、对铝合金为150-200mm/s、对铜为200-300mm/s。 随着顶镶速度增加，铝合金对焊接头的塑性显著提高(图4-6)，当v足够高时获得的优质接头宏观组织形貌见图4-7。,铝合金接头弯曲角与顶锻速度的关系,2.顶锻压力 Fu与电阻对焊时的相应参数意义同。常以单位面积上顶锻压力Fu，来表示. Fu是一从属参数，与下列因素有关: 顶锻留量大，Fu相应选大些， 顶锻速度增大，Fu相应可减小(参见图4-6) 增大对口端面温度梯度，Fu相应选大些， 展开形断面的零件，Fu相应选大些， 高温强度大的金属材料(如奥氏体不锈钢等)，F相应选大些， 导电导热性良好的金属材料(铝、铜等)，凡相应选大些， 采用强迫成形顶锻模式时，因变形受到约束，Fu相应选大些。,预热参数 1.预热温度 Tpr与相料性质、挥件断面尺寸等因素有关。Tpr过高会使接头韧性、塑性降低Tpr太低会使闪光困难、加热区变窄而不利于顶镶塑性变形。 低碳钢的预热温度Tpr=800-900而在对焊大断面（10000-20000mm2)厚壁管时，预热温度可适当提高Tp=1100-1200 2.预热时间 tpr与材料性质、焊件断面尺寸、焊机功串等因素有关。其影响关系与预热温度Tpr相似。 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。,电阻对焊,电阻对