电阻焊的原理

一 电阻焊的原理 电阻焊接的是利用了电流通过金属所产生的电阻热 同时加压使其结合 这时产生热量可用下式表示 Q KI2Rt 0 24I2RtQ为热量 单位为大卡 K为热功当量 每焦耳的功可产生0 24大卡的热量 I为电流强度 单位为安培 R为电阻 单位为欧姆 t为通电时间 单位为秒 利用金属自身电阻和接触电阻进行焊接的方式 称为电阻焊 按结构分 有悬挂式焊机 固定焊机 一体化焊机 组合自动焊 机器人自动焊 按焊接方式分为点焊 缝焊 滚焊 对焊等 金属自身的阻抗并不是固定不变的 而是随温度发生变化 它有温度上升阻抗也增加的特性 正温度系数 现在假设T1下温度时的阻抗值为R1 T2温度时的阻抗值为R2 该金属的阻抗温度系数为 那么他们间的关系为 R2 R1 1 T2 T1 接触阻抗在通电初期虽然较小 发热量也不变 但是通过该阻抗提高焊接处的温度 使固有阻抗增大 集中发热量更大 这点在焊接过程中很重要 如果把两个要焊接的金属相互重合 且施加适当的机械压力 并通过电流 那么两个金属面的接触阻抗及金属自身的阻抗 在接合部位将产生热 温度上升表面熔化 在熔化中施加压力更可完成焊接 因为电极被水冷却 金属和电极的接触面阻抗所产生的热量上升非常小 所以金属和电极不会被焊接 二 焊接条件的控制 1 进行点焊时必须决定焊接电流 电极施加的压力及通电时间 这些被称为点焊的三大条件 一但这些条件选定后 我们希望在焊接过程中 焊接电流恒定 电极压力可根据零件的贴合好坏及工艺要求能选择 通电时间的准确 焊接设备就是要具备有效控制这三大条件的能力 早期的焊接设备不能够达到这要求 现在微电脑控制的恒流控制箱就能达到这些要求 比如日本小原 天津707陆华公司生产的WDK HCW LK等控制箱就能达到这些要求 2 控制箱三大焊接条件的控制功能这里主要介绍的是控制方式相同的日本小原 陆华HCW LK等控制箱 A 通电时间的控制利用工频交流电的特点 每秒钟50HZ 控制板里的同步电路和过零记数器来计算通电周波数 每个周波时间为T 1 f 0 02秒 周波数是焊接时间的代名词 B 该控制箱只要接比例阀控制板 包括F V转换器 V A转换器就可进行比例阀控制 这样就可根据零件贴合好坏或焊接过程中需要压力的大小进行压力的选择 只不过这套装置价格较贵 目前公司里的设备都没有配备这些装置 C 控制箱的恒流原理由于在焊接过程中 电网电压的波动 电缆的微量损坏 材料本身阻抗随温度的变化等不可克服的外界因素 造成在焊接过程中焊接电流的变化 微电脑控制箱最大的特点是闭环控制 下面我简单的介绍下 这类控制箱恒流的原理 下图是其恒流的方框图 电流 电压反馈电路 运算放大器 模拟开关A D转换器 单片机系统 CPU RAM EPROM 及其接口 可控硅触发电路 相位同步及控制电路 脉冲形成电路 相位比较电路 其基本原理 首先我们把需要焊接电流编入RAM 随机存储器 里 当焊机开始工作时 控制箱首先自发出一个晶闸管120o控制角 60o导通角 的脉冲 导通角过大 易拱闸 如图A点 在上半周 通过电流 电压反馈电路运算放大器 模拟开关 A D转换器和RAM里存储的数据 通过单片机进行比较计算 得出晶闸管需要的导通角能达到RAM里存储的数据 我们需要的焊接电流 纠正结果如图下半周B 下一个上半周又采样如图C点和RAM的数据进 行比较计算 下半周又纠正如图D点 这样周而复之 就可尽量克服由外界因素变化引起的电流波动 达到恒流的目的 恒流的精度可达到3 比如我们需要1万安的电流 通过恒流后可达到9700 10300之间 我们曾测试过在电网10 波动时电流波动近似零 当由于外界的原因 比如电缆损坏过于严重 而控制箱又无法纠正 其误差负值超过10 或正值 电压突然变得很高 超过20 时 控制箱自动报警 A B C D U I wt 三 自动补偿及电极打磨 在电阻焊中 我们必须要注意一个重要参数 电流密度 单位面积的电流 下面我们通过一个数据来说明这个问题 前门蒙皮有个工位 上班时换的新电极帽 其和工件的接触面的直径是 5mm 电流8500A 时间为15周波 焊点成型很好 到了中午要下班时 焊点成型不好 也不牢 经过检测 控制箱出的电流也是8500A 关键是电极帽磨损造成和工件的接触面直径为 8mm 我们不妨算一下 这两种情况下的电流密度 电极帽 5mm时 横截面S 3 14 2 52 19 625 20mm2 这时的电流密度等于 8500 20 425A mm2 当电极帽为 8mm时 横截面积 S 3 14x42 50 24mm 这时的电流密度等于8500 50 175A mm2所以就焊不牢 一般电流密度低于200 250A mm2时 焊点成型就不好 控制箱为了克服这个缺点 一般在自动焊工位里用 增加了两个功能 一是定点打磨电极 一是定点自动补偿 比如焊点焊到3000点 这要看通水情况和电极磨损情况确定 规定打磨电极 自动补偿 比如焊点焊到1000点 电流自动在原电流值的基础上增加5 增加量可根据具体情况决定 焊到2000点后又增加5 补偿电流最多不能超过20 目的就是一个 其电流密度能保持一致 使焊点成型好 在人工操作时 经常打磨电极是必须的 四 电阻焊机在使用和日常维护中影响焊接质量的注意事项 1 电网的电压质量要好我们说电网的电压质量是指电压的波动要小 变压器拖动的能力要大 一般要求电压波动10 这里所说的电网电压包括电站和供电线路 由于电阻设备是冲击性负荷 对电网电压的波动影响很大 如果电网电压波动在20 范围内 控制箱能够较准确达到恒流目的 如果电网电压波动超过20 控制箱的恒流效果较差 2 电阻焊机通水系统由三部分组成 一部份为变压器通水 一部份为控制箱通水一部份为电缆和焊钳通水 一体化焊机两部分通水 任何部份的通水都要达到技术要求的通水量 变压器通水量不够 变压器发热 出力不够 控制箱通水量不够 晶闸管易损 电缆通水量不够 电缆易发热 损坏 焊钳通水量不够 易发热 电极易损 严重时 要粘电极 3 电极压力的大小对于手动焊钳 一但选定了型号 由于气缸的活塞面积一定 空气压力一定 其压力也是一个定数 平时在工作中 要保证焊钳有足够的压力 当焊钳压力少于200KG 可能造成焊点焊不牢 原因大概为三元件工作不正常 空气过滤器堵塞 造成气压不够 压力调节器不当或损坏造成空气压力不够 油雾器内无油或针形阀损坏 使气缸无润滑油 易使气缸密封圈损坏或气缸窜缸 对于座式焊机 其压力可以通过空气压力调节器来改变气缸压力 这里要说明一点 对于凸焊螺母 压力不能大 压力过大 凸点在焊接瞬间就压平 造成螺母整个面和工件相接 也就是由三个 或四个 点的面积 变成整个螺母的面积 电流密度瞬时下降 造成凸焊螺母焊接不牢 4 在焊接过程中 焊钳除了电极和工件相接触外 其他部份都不要和工件相接触 以免产生分流 手动焊钳在工作中要注意上下臂绝缘套和气缸绝缘套损坏分流 5 在机器试焊时 往往我们用试片来选定焊接电流 这种方式对于零件小的焊件没问题 对于焊接大的焊件 因为在焊件放入焊臂中 由于感抗的原因 焊接电流要减少 因此在焊大件时 电流要适当增加 6 更换电极 一定要用管子钳 大力钳 钢丝钳夹住电极 左右扳动 绝对禁止用敲击的方式更换 以免损坏锥度 造成漏水 7 正确调整焊钳的工件行程 一般上下电极有5个mm的过行程 这样能保证上下电极在工件间有足够的压力 又能缩短工作时间 否则容易造成工件在焊接时损坏工件 8 电阻焊机 其次级是个大电流 低阻值 微欧级 回路 其触头氧化或接触不好 往往造成焊接回路阻值增加 焊接电流减少的一个重要原因 9 电极帽锥度面的接触 是我们平时容易忽视的地方 往往由于加工精度不够 造成电极锥度不是面接触 而是线接触 造成焊接电流出力不够 10 电极臂有丝牙接触的地方 一般是易损部份 一定不能靠丝牙通电 更不能为了防漏水 在丝牙上加绝缘带 这样容易造成电流升不起来 丝牙打火 下次不好更换 正确的是在端面加2 3mm的紫铜板 压紧既能保证通电电流 又能防止漏水 如图所示 11 悬挂焊机主缆和辅缆在工作中尽量做到不弯曲 或弯曲半径不要太小 因为电缆是由多根 0 1 0 3mm的铜丝组成 这样容易造成主 辅缆使用寿命缩短 紫铜 12 电极和工件接触直径不能过大 大了电流密度过小 造成焊接不牢 也不能太小 造成电流密度又过大 造成电极会烧接在焊件上 加速电极的损坏 13 焊接表面不应有氧化物 生锈 粘附有灰尘涂料等物 对于有镀锌材料的焊接 最好用两次脉冲 第一次脉冲 焊接电流小些 时间短些 第二个脉冲 电流和时间达到正常值 14 焊机的焊接电流要在焊机的80 的能力下使用 其恒流效果最佳 大于80 时恒流效果下降 比如160KVA悬挂焊机其短路电流大于2万安 但加上2M 150mm2的主缆和0 8M 150mm