电阻焊技术及应用.ppt

一 电阻焊的发展历史与应用现状二 电阻焊点焊技术三 凸焊与对焊技术四 电阻焊常见故障与焊接检验 一 电阻焊的发展历史与应用现状 众所周知英国的物理学者焦耳在1840年发现了导体电阻产生热量的现象 也就是焦耳法则 电阻焊接起始于焦耳在1856年将电阻发热的两根导体压着在一起 结果制作出了接合部分 1885年美国的发明家汤姆森解决了电源问题 制作出了首种电阻焊焊机 对焊机 Q I2Rt 1897年美国的洛宾森发明了在一块板材上制造突起部位后进行通电加压的凸焊 在1900年左右哈马特发明了点焊法 但是由于和以对焊机的专利获得者汤姆森之间发生的争论 直到1924年才有了结论 因此点焊的实际开始使用也是从那时开始的 在二次世界大战中 由于战斗机的轻型化以及大批量生产的需要 开始采用铝合金 并进行了精密的点焊 战后电阻焊接技术得到突飞猛进式的发展 不仅仅在汽车行业 在铁路机车 家用电器等众多的工业领域中也得到广泛应用 随着机器人等的普及其自动化也得到了发展 现在已经出现了和机器人一体化的点焊机 各种薄板构件的生产 轿车外壳拼装 仪表柜 钢家俱的生产 油桶 油箱 化工原料盛器 食品罐等 电阻点焊在汽车白车身焊装中占据主导地位 一辆轿车的白车身上焊点数 3000 5000个 各种形状相同截面对接或环状零件的生产 建筑钢筋的接长 铁路钢轨的接长 刃具的异种钢毛坯对接 钢窗框架 自行车轮圈 汽车轮圈 锚链等的生产 二 电阻焊的原理 分类及特点 1 电阻焊的原理电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间 并通以电流 利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加工到熔化或塑性状态 使之形成金属结合的一种方法 电阻热 电阻焊的热源 Q I2Rt 2 影响电阻焊焊接的因素电阻 R RW RC 焊件本身电阻RW RW L s其中 是一个重要参数且会随温度的升高而增大 接触电阻RC 工件表面生成的氧化薄层引起的电阻 表面电阻 与由于电流的流通截面引起的电 集中电阻 R1 R5电极与工件之间的电阻R3上下工件电阻R2 R4材料自身电阻那么 接触电阻是指 R1 R3 R5 电流密度电流密度是指单位横截面中的电流值 如果电流密度保持稳定 其直接影响焊核的形成 当多次焊接后 截面增大 电流密度减小时 容易产生虚焊或无法焊接 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须严格控制的参数 电极压力电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响 随着电极压力的增大 R显著减小 而焊接电流增大的幅度却不大 不能影响因R减小引起的产热减少 因此 焊点强度总随着焊接压力增大而减小 解决的办法是在增大焊接压力的同时 增大焊接电流 以弥补电阻减小的影响 保持焊接强度不变 电极压力过小 将引起飞溅 也会使焊点强度降低 通电时间为了保证熔核尺寸和焊点强度 焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充 为了获得一定强度的焊点 可以采用大电流和短时间 强条件 又称硬规范 也可采用小电流和长时间 弱条件 也称软规范 选用硬规范还是软规范 取决于金属的性能 厚度和所用焊机的功率 对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间 都有一个上下限 使用时以此为准 电极材料及端面形状电极是保证阻焊质量的重要零件 它应具备向工件传导焊接电流 压力 散热等功能 电极材质应具有足够高的电导率 热导率和高温硬度 电极的结构必须有足够的强度 刚度以及充分冷却的条件 由于电极的接触面积决定着电流密度 电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失 因此 电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响 随着电极端头的变形和磨损 接触面积增大 焊点强度将降低 对电极头的维护尤为重要 工件表面工件表面的氧化物 污垢 油和其他杂质增大了接触电阻 过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过 局部的导通 由于电流密度过大 则会产生飞溅和表面烧损 氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性 引起焊接质量波动 因此彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件 小结 电阻焊核心三要素 3 电阻焊的分类 按焊接接头形式分为 双面点焊 单面单点焊 大直径大接触面不形成焊点 单面双点焊 铜垫 双面双点焊 Q Q1 Q2 Q3 Q4Q 焊区总热量Q1 熔化金属形成熔核的热量Q2 通过电极热传导损失的热量Q3 通过焊件热传导损失的热量Q4 通过对流辐射散失到空气中的热量1 热平衡 热量小部分 10 30 有用 大部分散失 其中主要通过电极的热传导而散失 2 温度分布 点 对 焊 中心高 四周低缝焊 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 接头越宽 工件表面越容易过热 电极越容易磨损 4 热平衡及温度分布 5 电阻焊形成的几个阶段预压阶段 通电之前向焊接件加压 建立良好的接触与导电通路 保持电阻稳定 焊接时间 向焊件通电加热形成熔核 维持时间 切断焊接电流 电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度 冷却结晶阶段 当熔核达到合格的形状与尺寸之后 切断焊接电流 熔核在电极力作用下冷却 6 电阻焊的特点优点1 生产效率高 无噪声和有害气体 闪光对焊有火花要隔离 适合大量生产2 加热时间短 热量集中 焊接质量好3 无填充材料和保护气体 低成本 节省材料4 劳动条件较好5 易于自动化 操作简单缺点 1 焊接过程进行的很快 若焊接时由于某些工艺因素发生波动 对焊接质量的稳定性有影响时往往来不及进行调整 2 设备比较复杂 对维修人员技术要求较高 3 焊接的厚度 形状和接头形式受到一定程度的限制 4 缺少简便 实用的无损检测手段 二 电阻焊点焊技术1 点焊定义 spotwelding 点焊是将焊件搭接并压紧在两个柱状电极之间 然后接通电流 焊件间接触面的电阻热使该点熔化形成熔核 同时熔核周围的金属也被加热产生塑性变形 形成一个塑性环 以防止周围气体对熔核的侵入和熔化金属的流失 断电后 在压力下凝固结晶 形成一个组织致密的焊点 2 点焊的分类形式点焊按电极反馈方向分为双面点焊 单面点焊 单点焊 多点焊 1 双面点焊直接点焊 2 单面点焊间接点焊 a 使用高导电性底板的双点焊b 多点焊 c 单面单点焊 3 点焊的接头设计点焊是一种高速 经济的连接方法 点焊时工件只在有限的接触面上 所谓 点 上被焊接起来 并形成扁球形的熔核 接头形式 搭接折边接头设计时应注意考虑 点距 边距 搭接量 分流 装配间隙等 4 点焊技术的应用范围点焊是一种高速 经济的连接方法 它适用于制造可以采用搭接接头 不要求气密 厚度小于3mm的冲压 轧制的薄板构件 可焊接不锈钢 钛合金和铝镁合金等 目前广泛应用于汽车 飞机等制造业 点焊有时也用于连接厚度 6mm的金属板 但与熔焊的对接相比较 点焊的承载能力低 搭接接头增加了构件的重量和成本 且需要昂贵的特殊焊机 因而是不经济的 5 点焊的焊接热循环点焊焊接循环过程是指完成一个焊点所包括的全部过程参数变化程序 基本点焊焊接循环过程包括 预压 焊接 维持和休止四个基本程序阶段 根据焊件材质及焊接结构要求在焊接循环中还可以增加预热 回火 锻压等过程 构成复杂的焊接循环 6 点焊的电阻分布 REL 电极电阻RB 工件电阻REB 工件与电极接触电阻RBB 工件与工件接触电阻 7 点焊的焊接工艺 强规范 大电流 短时间 弱规范 小电流 长时间 主要工艺参数有 1 焊接电流 2 焊接时间 3 电极压力 4 电极端部特征 通常是根据工件的材料和厚度 参考该种材料的焊接条件表选取 首先确定电极的端面形状和尺寸 其次初步选定电极压力和焊接时间 然后调节焊接电流 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节电极压力 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条件所规定的要求为止 试样选择工艺参数时 要充分考虑试样和工件在分流 铁磁性物质影响以及装配间隙方面的差异 并适当加以调整 碳钢电阻点焊参数 t为板厚 几种材料的点焊工艺参数 8 点焊的电极1 电极的主要功能 向工件传导电流 向工件传递压力 迅速导散焊接区的热量 2 选用原则 焊接大电阻工件 选用小电阻材料电极例如 铬铜合金 铬铝合金等 焊接小电阻工件 选用大电阻材料电极例如 钼 钨 钼铜 钨铜等 3 电极结构 由于电极的接触面积决定着电流密度 电极材料的电阻率和导热性关系看热量的产生和散失 因而电极的形状和材料对熔核的形成有显著的影响 随着电极端头的变形和磨损 接触面积将增大 焊点强度将降低 端部 主体 尾部 冷却水孔 锥形电极 加头电极 球面电极 偏心电极 平面电极 为了满足特殊工件点焊的要求 需要特殊电极 D帽状电极 E杆状电极 4 电极材料材料 要求导电好 导热好 高温强 硬度高 耐磨性好 形成合金倾向小 焊接工件与电极材料 电极材料用途 特点 电极材料类型第一类 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 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Cr Cu及Cr Zr Cu等 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 高稳合金等 9 点焊设备按用途电焊机分为通用型 专用型和特殊型 按加压机构分为脚踏式电动滚轮式气压式 液压式 复合式按电极运动轨迹 垂直行程式圆弧行程式按焊点数目 单点 多点 固定式通用点焊机 固定式专用多点焊机 移动式点焊机 轻便式点焊机 三 凸焊与对焊技术1 凸焊定义 projectionwelding 凸焊是指在一焊件的贴合面上预先加工出一个或多个突起点 使其与另一焊件表面相接触并通电加热 然后压塌 使这些接触点形成焊点的电阻焊方法 凸焊是点焊的一种变形 在一个工件上有预制的凸点 凸焊时一次可在接头处形成一个或多个熔核 2 凸焊特点凸焊的优点1 在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点 不仅生产率高 而且没有分流影响 因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制 因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制 2 由于电流密度集于凸点 电流密度大 故可用较小的电流进行焊接 并能可靠地形成较小的熔核 并克服了点焊的熔核偏移现象 对应于某一板厚 要形成小于某一尺寸熔核是困难的 3 凸点位置准确 尺寸一致 各点的强度比较均匀 因此对于给定的强度 凸焊焊点的尺寸可以小于点焊 4 由于采用大平面电极 且凸点设置在一个工件上 所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕 同时大平面电极的的电流密度小 散热好 电极的磨损要比点焊小得多 因而大大降低了电极的保养和维修费用 5 与点焊相比 工件表面的油 锈 氧化皮 镀层和其他涂层对凸焊的影响较小 但干净的表面仍能获得较稳定的质量 凸焊的缺点1 为了预制一个或多个凸点而需要额外工序 2 在用同一个电极同时焊数个焊点时 工件的对准和凸点的尺寸 尤其是高度 必须保持高精度公差 以保证均匀的电极力和焊接电流 才能使各焊点质量均匀一致 3 同时焊接多个焊点 需要使用高电极压力 高机械精度的大功率焊机 其加压机构应有较高的随动性 3 凸焊应用碳钢 合金钢 圆球凸点时 单板厚度为0 5 3 5 圆锥凸点时 单板厚度为2 5 8 0 铝及铝合金仅相对硬的合金厚度最大 3 3 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 5 4mm 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 4 凸点种类 注 1 多点凸焊时 凸点高度误差应不超过 0 12 2 从热平衡角度考虑 同种金属时在厚件上冲出凸点 异种金属时在导电率和导热率高的件上冲出凸点 5 凸焊焊接工艺的选择1 电极压力 凸焊的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等 电极压力应足以在凸点达到焊接温度时将其完全压馈 并使两工件紧密贴合 2 焊接时间 对于给定的工件材料和厚度 焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定 3 焊接电流 凸焊的每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点时小 凸点完全压溃之前电流必须能使凸点熔化 推荐的电流应该是在采用合适的电极压力下不至于挤出过多金属的最大电流 凸焊的参考工艺参数 凸焊的参考工艺参数 低碳钢凸焊参考工艺参数 6 对焊定义 Buttresistancewelding 对焊是利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊技术 对焊的生产率高 易于实现自动化 因而获得广泛应用 特点 效率高 易于实现自动焊分类 电阻对焊闪光对焊滚对焊 7 电阻对焊 upsetbuttwelding 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 使接头一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 参数 伸出长度 焊接电流 密度 通电时间 焊接压力 顶锻压力等 特点 操作过程简单 外形光滑 毛刺小 但焊前准备要求高 接头强度和冲击值低 应用 小尺寸及要求不高之零件 氧化物应容易被挤出 电阻对焊 8 闪光对焊 flashbuttwelding 闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊 连续闪光对焊由两个主要阶段组成 闪光阶段和顶锻阶段 预热闪光对焊只是在闪光阶段前增加了预热阶段 闪光对焊 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 应用 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 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 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 同时使焊接过程更复杂 而且预热的控制比较困难 闪光的作用 主要是加热工件 同时形成的液态金属 过梁 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一定的保护作用 有利于提高焊接质量 闪光必须稳定而强烈 尤其在闪光后期 稳定 闪光过程中不短路 会使工件过烧甚至报废 不断路 会失去保护作用 强烈 闪光越强烈 自保护作用越强 顶锻的作用 封闭工件端面间隙和液体金属过梁爆破后留下的火口 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 焊接工艺参数 伸出长度闪光留量闪光速度闪光电流密度顶锻力 顶锻留量 顶锻速度 夹钳夹持力等 连续闪光对焊工艺流程 通电 滑块在连续不断的火花喷射作用下向前送进 焊接件闪光 滑块突然向前运动 顶锻 断电 完成焊接 预热闪光对焊工艺流程 通电 滑块送进 直至焊接件相互接触闪光一次 再滑块退回 多次重复以上运作 滑块突然向前运动 顶锻 断电 完成焊接 闪光对焊施工现象 9 对焊的应用1 工件的接长 如钢带 型材 线材 钢筋 钢轨 钢管 石油和天然气输送等管道 2 环形工件的对接 如汽车轮辋和自行车 摩托车轮圈的对焊 各种链环的对焊等 3 部件的组对 将简单轧制 锻造 冲压或机加工件对