第1章：点焊(8h)

1、第一篇第一篇 电阻焊电阻焊u 点焊的根源：点焊的根源：压焊分类：电阻焊：点焊 、凸焊 、 缝焊 、对焊（重点）高频焊扩散焊摩擦焊第一篇第一篇 电阻焊电阻焊1.电阻焊概述：电阻焊概述： 电阻焊电阻焊概念概念：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热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。 优点：优点：焊接质量稳定，生产效率高，易实现机械化、自动化。 缺点：缺点：设备复杂，耗电量大。 应用：应用：汽车、航空航天、电子、家电等，占整个焊接工作量的1/4。第一篇第一篇 电阻焊电阻焊2.电阻焊物理本质电阻焊物理本质 利用焊接区本身的电阻热

2、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点焊、缝焊或对接接头。第一篇第一篇 电阻焊电阻焊 3.3.电阻焊分类及方法电阻焊分类及方法:表1 电阻焊分类（P7）第一篇第一篇 电阻焊电阻焊点焊凸焊缝焊第一篇第一篇 电阻焊电阻焊图1：电阻焊方法示意图电阻对焊闪光对焊 高频对接缝焊（高频感应焊）第一篇第一篇 电阻焊电阻焊4.电阻焊的优缺点电阻焊的优缺点u 优点优点：和铆接或其它焊接方法相比：接头质量高、辅助工序少、无须填加焊接材料及文明生产等；易于机械化、自动化，生产效率高，经济效益显著。u应用应用：在航空航天、电子、汽车、家用电器等

3、领域发展，占整个焊接量1/4左右。 例如：用闪光对焊代替氩弧焊生产铝合金车圈，每生产10万辆自行车，仅此一项，一年可节约人民币66万。u 缺点缺点：电阻焊接头质量的无损检测较为困难，电阻焊设备复杂，维修困难和一次性投资高。第一篇第一篇 电阻焊电阻焊5.电阻焊的发展方向电阻焊的发展方向1）向节能方向发展2）采用计算机技术控制电阻焊过程 焊接车间的集中控制和监视系统 微机处理质量监控器的应用3）机械手在电阻焊方面的发展4）采用联合工艺第第1章点焊章点焊本章主要内容：本章主要内容： 一.点焊基本原理 二.点焊一般工艺 三.常用金属材料的点焊 四.特殊情况下的点焊工艺第第1章点焊章点焊一、点焊基本原理

4、一、点焊基本原理 点焊（电阻点焊）的定义点焊（电阻点焊）的定义: : 应用条件： 焊接装配成搭接搭接接头接头，并压紧在电极之间，利用电阻热电阻热融化母材金属，形成焊点焊点的电阻焊方法的电阻焊方法 。 接头为搭接、接头不要求气密性、所焊厚度小于3mm 。第第1章点焊章点焊1.1.点焊接头的形成点焊接头的形成1.11.1点焊工艺简介点焊工艺简介 工件点焊加工过程：备料表面清理焊接（点焊）检验 简单点焊工艺过程： 加压通电维持休止。 4个连续过程组成。第第1章点焊章点焊 熔核形成原因：熔核形成原因：熔核处距离电极远，冷却慢，热量散不出去。图2：点焊原理图1.2点焊熔核的形成过程点焊熔核的形成过程（F

5、:课件用视频点焊实例1.MPG）u 接头的形成接头的形成 在压力和电流下，形成真实的物理接触点，并随着通电加热的进行而不断扩大。塑变能与热能使接触点的原子不断激活，消失了接触面，继续加热形成熔化核心，简称熔核。熔核中的液态金属在电动力作用下发生强烈搅拌，熔核内的金属成分均匀化，结合界面迅速消失。第第1章点焊章点焊u 接头冷却：接头冷却： 断电-加热停止后，液态金属从熔核边界开始，沿着与散热相反方向不断以枝晶形式向熔核中间结晶。直至生长的枝晶相互抵住，接合面消失了，形成柱状晶柱状晶形态的焊点组织。 也可能因合金过冷条件不同，形成柱状晶柱状晶+ +等轴晶等轴晶混合形态的焊点组织。第第1章点焊章点焊

6、u接头的形成过程总结：接头的形成过程总结：压紧工件物理接触通电加热塑性变形界面消失熔核形成电磁搅拌成分均匀断电保压冷却结晶：柱状晶、等轴晶第第1章点焊章点焊1.31.3点焊塑性环的形成和作用点焊塑性环的形成和作用u 特点：先于熔核形成，且随熔核的长大而长大。电极压力塑性变形电极通电热强烈再结晶塑性环u作用：防止气体侵入熔核； 防止液态金属沿板缝向外喷溅u塑性环塑性环：熔核周围具有一定厚度的塑性金属区域。 也有助于点焊接头承受载荷。 点焊特有u塑性环产生原因：塑性环产生原因：第第1章点焊章点焊1.41.4点焊接头的组织和结晶过程点焊接头的组织和结晶过程 1.4.11.4.1柱状组织的形成过程柱状

7、组织的形成过程u金属结晶（焊接熔池）的两个基本过程： 1.1.晶核的形成晶核的形成 2.2.晶核的长大。晶核的长大。 焊接熔池温度分布不均匀，中心温度高，边缘处散热好，温度最低。母材熔合线处存在有半熔化的晶粒，构成了液体金属结晶的晶核，所以焊接熔池的结晶是从熔池边界处的熔合线处开始的（联生结晶） 晶粒长大通常情况下是沿着与散热方向相反的方向以柱状形态向焊接熔池中心生长的，即由熔池边缘指向熔池中心温度最高处，直至这种柱状晶粒长大、相互接触，液体金属全部凝固时，结晶过程才结束。第第1章点焊章点焊u 熔核全为柱状晶的形成过程：（eg：65Mn）图3：65Mn点焊接头第第1章点焊章点焊图4：柱状晶形成

8、过程模型第第1章点焊章点焊.图4a 在固液相界面处为半熔化状态，为异质成核进行结晶提供有利条件。.图4b 温度降低，熔合线处液态金属处于过冷状态，以半熔化晶粒作底面沿晶向长出枝晶。电极急冷作用下的温度梯度大，枝晶主干伸入液体中较远，枝晶生长速度很快。 枝晶臂间距H与冷却速度V关系如下： 一次枝晶臂间距H1 V-1/2 二次枝晶臂间距H2 V-(1/31/2) .图4c 枝晶继续生长，凝固层推进,液体向枝晶间充填。 枝晶间的液体向枝晶上凝固，使枝晶变长变粗 倾斜生长的枝晶束被与最大温度梯度一致的枝晶束所阻碍而半途停止。.图4d 凝固结束：剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙，未被液体充满的枝晶将暴

9、露在前沿，而枝晶间将留下空隙，形成缩松。图4e 具有缩松缺陷的熔核柱状组织断口形貌示意图图4f 优质接头的熔核柱状组织断口形貌示意图。第第1章点焊章点焊1.4.21.4.2（柱状（柱状+ +等轴）晶组织的形成过程等轴）晶组织的形成过程（eg：2A12-T4）图5： 2A12-T4点焊接头（P11）第第1章点焊章点焊图6：柱状晶+等轴晶形成过程模型区别：2Al2-T4枝晶常有熔断，熔断后游离到熔核中心,成为等轴晶晶核。第第1章点焊章点焊.图6a 同图4a原理 。 .图6b 以半熔化晶粒作底面沿向（金属立方晶系）长出枝晶束。某些枝晶发生二次晶轴的熔断、游离和向熔核中心运送。.图6c 连续凝固层向前

10、推进；枝晶粗化；倾斜的枝晶束生长受阻，枝晶间距自动调整。 更多的枝晶二次晶轴发生熔断、游离并被排挤到熔核心部；枝晶前沿液体金属的温度梯度逐渐变缓和溶质浓度的不断提高，均使等轴晶核在熔核心部增殖，个别晶核以树枝晶形态生长。.图6d 液态金属成分过冷越来越大，大量的等轴晶核以树枝晶形态迅速长大，彼此相遇，以及与柱状晶的枝晶束相遇后呈现互相阻碍。 当剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙时，即将形成缩松缺陷。图6e 具有缩松缺陷的熔核“柱状等轴”组织图6f 优质接头的熔核“柱状等轴”组织 图5 显示铝合金熔核由粗大柱状晶组织和粗大等轴晶组织共同组成。粗大柱状晶的内部微观结构为一枝晶束（图7），粗大等轴晶

11、的内部微观结构为若干个等轴树枝状晶紧密结成一团（图8）。第第1章点焊章点焊第第1章点焊章点焊a)枝晶束内部形态（光镜）b)枝晶束侧视形貌（SEM）c)枝晶束顶端形貌（SEM） 图7：枝晶束形貌第第1章点焊章点焊图8：等轴晶形貌a)等轴晶表面形态（SEM）b)等轴晶内部枝晶形态（光镜）c)等轴晶群体形貌（SEM ）第第1章点焊章点焊1.4.3点焊熔核孕育处理点焊熔核孕育处理 国内学者赵熹华等人，在国家自然科学基金和美国GM基金资助下对多种难焊金属材料（铝合金、弹簧钢等）开展了“点焊熔核孕育处理理论与方法”的研究，现已取得如下成果： 1.首次获得了全部凝固组织为等轴晶的点焊熔核（图9b）。第第1章

12、点焊章点焊（a）未孕育处理（柱状晶+等轴晶） （b）孕育处理（等轴晶）图9： 2A12-T4铝合金点焊熔核第第1章点焊章点焊 2.首次使全部为柱状晶的点焊熔核贴合面处出现等轴晶区（图10b）。 a）未孕育处理（柱状晶组织及贴合面）b）孕育处理（贴合面处的等轴晶组织） 图10：65Mn弹簧钢点焊熔核第第1章点焊章点焊 3.扩大熔核等轴晶区,缩小熔核柱状晶区，使凝固组织晶粒显著细化。 研究结果表明，孕育处理可显著提高点焊接头力学性能，尤其是疲劳强度。这就为点焊质量监控技术开辟了一条新路，从“质”的方面根本改善了点焊接头质量。第第1章点焊章点焊 2.2.点焊的热源与加热特点点焊的热源与加热特点2.1

13、2.1点焊的热源点焊的热源 点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热点焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热.(图11)图11 点焊焊接区示意图和等效电路图第第1章章 点焊点焊根据焦耳定律，总析（产）热量Q为：式中： i焊接电流的瞬时值，是时间的函数 rc 焊件间接触电阻的动态值，是时间的函数 2rew电极与焊件间接触电阻的动态值,时间的函数 rw 焊件内部电阻的动态值，是时间的函数 t通电时间是电阻热公式：QI2Rt的动态表达式第第1章章 点焊点焊 总析热量Q的影响因素： 焊接电流；电阻；通电时间焊接电流；电阻；通电时间 焊接电流：产生电阻热的外部条件 电阻：产生电阻热的内部条件第第1章章 点焊

14、点焊2.2电流对点焊加热Q的影响电流有效值的大小及电流波形; 2 Rw上电流场分布 2.2.1电流有效值的大小及电流波形影响 调节焊接电流有效值大小会使得内部热源的析热量发生显著变化，波形也有影响。电容式焊机或工频交流焊机 直流式焊机I IM幅值；I电流有效值ai 指数值，与电路时间常数有关图12：点焊时的电场与电流密度分布（计算机模拟） a）电场分布；b）典型截面电流密度分布2.2.2电流场分布的影响电流场分布的影响电流场特征造成加热强度不均匀，影响加热过程电流场特点：1.贴合面处电流线收缩， 产生集中加热效果。2.贴合面边缘，电流密度大，首先出现塑性连接区。3.电流场不均匀，产热不均匀，造

15、成不均匀温度场 改变电流波形、电极形状和尺寸，可改变电流分布，控制熔核形状和尺寸。第第1章章 点焊点焊2.3电阻对Q的影响 电阻电阻 R R2Rw+Rc+2Rew2Rw+Rc+2Rew2.3.1接触电阻对Q的影响 Rc+2Rew：接触电阻，产热量约占内部热源的 5%10% ； 软规范时: Rc+2Rew 5%10%第第1章章 点焊点焊 接触电阻Rc由两方面原因形成： .工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物层，使得电流受到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物层甚至会使电流不能导通 .在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平，使得工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电

16、流通道的缩小而增加了接触处的电阻。 焊件间接触电阻Rc是取决于其真实接触点和面积的大小u焊件间接触电阻焊件间接触电阻RcRc影响因素影响因素: : 1.焊件材质:强度、塑性等。强度增大，接触电阻增大。 2.表面状态(清理方法表面粗糙度存放时间)。 3.电极压力：压力增大，接触电阻变小。 厚钢板或铝合金采用马鞍形的加压曲线，减少粘连和初期飞溅。4.温度：温度升高，接触电阻变小。 第第1章章 点焊点焊近似计算公式近似计算公式( (室温室温): ): Rc= rcF-mRc= rcF-m式中 :rc 恒定系数,F=1N时的接触电阻值,实验测定 F 电极压力或接触面承受的压力(N) m与材料的性质有关

17、（.范围内取值） 异种金属点焊时候，接触电阻Rc取决于较软的材料 Rc与Rew之间的关系： Rew Rc /2;钢材,表面化学清洗,铜合金电极 RewRc/25;铝合金,表面化学清洗,铜合金电极第第1章章 点焊点焊2.3.2焊件内部电阻焊件内部电阻2Rw2Rw对对Q的影响的影响 2Rw 2Rw：焊件内部电阻，产热量约占内部热源的90%95%；2Rw 90%95%2Rw 3mm）时，选用带锻压锻压 力力的曲线，带预热电流脉冲预热电流脉冲或断续通电的多点断续通电的多点脉冲脉冲的焊接方式，焊机选用三相低频焊机；三相低频焊机； 低碳钢属铁磁性材料，焊件尺寸大时应分段调整焊接参数，弥补焊件伸入焊接回路过

18、多而引起的电流减弱； .焊接参数参考表1-6（P30）第第1章章 点焊点焊.典型低碳钢点焊接头组织图31：低碳钢（08F）点焊接头组织第第1章章 点焊点焊2.2.可淬硬钢的点焊可淬硬钢的点焊（焊接性差） 如:45、30CrMnSiA、1Cr13、65Mn 可淬硬钢常见点焊缺陷缩松、缩孔：产生于熔核凝固后期， 分布在贴合面附近脆性组织：过烧组织：产生在熔核与工件表面 之间裂纹： 常由于缩孔、缩松所引发第第1章章 点焊点焊组织为马氏体，产生在熔 核凝固后继续冷却过程中， 易出现热影响区冷裂纹第第1章章 点焊点焊焊接设备和工艺选择焊接设备和工艺选择： .设备：常用双脉冲点焊或多脉冲点焊工艺 .点焊技

19、术要点： 电极压力和焊接电流的选择 电极压力要求大，电极压力要求大，为相同板厚低碳钢点焊时的 1.51.7倍；在保证熔核直径的条件下，焊接电流脉冲值电流脉冲值应选择偏小，应选择偏小，使焊透率为设计值下限（50%60%为宜） 双脉冲点焊工艺 焊接电流脉冲 + 1个回火热处理脉冲；两脉冲之间的时间间隔一定要保证使焊点冷却到马氏体转变点Ms温度以下；回火电流脉冲值要适当，防止加热重新超过奥氏体相变点而引起二次淬火。参数选择参考表1-7(P32)。 多脉冲点焊工艺（正在试验推广中） 焊接电流脉冲 + 多个回火热处理脉冲； 使高应力区充分回火，提高性能；增加了回火参数的调整裕度，降低设备精度要求。第第1

20、章章 点焊点焊第第1章章 点焊点焊u可淬硬钢点焊方法比较（单/双/多脉冲点焊）A-单脉冲点焊B-双脉冲点焊C-多脉冲点焊D-单脉冲点焊+炉中回火 图32：65Mn点焊接头显微硬度分布板厚0.9mm板厚0.35mm图33： 65Mn点焊接头高应力区断口形貌aba-回火不充分； 脆性断裂。（双脉冲出现）b-回火充分； 韧性断裂。（多脉冲 ）第第1章章 点焊点焊u典型可淬硬钢点焊优质接头组织图34：可淬硬钢30CrMnSiA点焊接头组织第第1章章 点焊点焊第第1章章 点焊点焊3.3.铝合金的点焊铝合金的点焊（焊接性差） 铝合金冷作强化型LF21、LF2、LF6，热处理强化型2A12-T4、7A04-

21、T6等，焊接性差。u 点焊技术要点：（1）焊前要仔细进行表面化学清洗，并规定焊前存放时间；（2）电极一般选用CdCu合金，端面用球面形并经常清理，应冷却良好；（3）采用硬规范，电流为相同板厚低碳钢的45倍；所以需用大功率焊机。（4）波形选择：除板厚1.2mm的冷作强化型铝合金采用工频交流工频交流点焊外；板厚较大的冷作强化铝合金及所有热处理强化铝合金采用直流冲击波、三相低频和直流焊机直流冲击波、三相低频和直流焊机点焊。（5）焊接循环采用缓升、缓降的焊接电流，可起到预热和缓冷作用；具有阶梯形或马鞍形压力变化曲线可提供较高的锻压力；高精确度的控制器保证各程序的精准，尤其是锻压阶段的加压时间。（6）焊

22、接参数见表1-8,表1-9,表1-10（P34）第第1章章 点焊点焊u典型铝合金点焊优质接头组织图35：铝合金（美国，AA5182-0）点焊接头金相照片第第1章章 点焊点焊4.4.不锈钢的点焊不锈钢的点焊分类分类：u马氏体不锈钢:(可淬硬、有磁性),与可淬硬钢相似。该型钢具有较大的晶粒张大倾向，焊接时间参数应选择小些。焊接参数见表1-11 。u奥氏体不锈钢、奥氏体铁素体不锈钢：焊接性良好，特别是电阻率高（为低碳钢的56倍），热导率低（为低碳钢的1/3）以及不存在淬硬倾向，采用交流点焊机，简单焊接循环。第第1章章 点焊点焊马氏体型、奥氏体型、奥氏体铁素体型不锈钢等u不锈钢点焊技术要点不锈钢点焊技

23、术要点:表面清理(酸洗；砂布打磨；毡轮抛光)硬规范、强烈内部和外部水冷（提高生产率和焊接质量）较高的电极压力防止喷溅和缩孔、裂纹（高温强度大、塑变困难）板厚大于3mm时，采用多脉冲焊接，脉冲和低碳钢相比要短且稀，焊接参数见表1-12和1-13（p37）第第1章章 点焊点焊u典型不锈钢点焊优质接头组织图36：不锈钢（Cr17）点焊接头组织第第1章章 点焊点焊第第1章章 点焊点焊5.镀层钢板点焊（镀层钢板点焊（焊接性差）镀层钢板有：镀锌版、镀铝板、镀锡板、镀铅板、贴塑板等。 镀层对点焊的影响：焊接区电流密度降低；电流场的分布不稳定；电极与镀层反应生成合金，缩短电极的寿命；低熔点的镀层易使熔核在结晶

24、的过程中产生裂纹和气孔。 镀层钢参数范围窄小，强度波动大，电极经常修整，焊接性差。u焊接技术要点：1）需用比普通钢板焊接更大的电流和电极压力，超过1/3以上。2）选用CrZrCu（铬锆铜）或弥散强化合金电极、镶钨复合电极，采用强烈内部和外部水冷。电极修磨后的焊点数只是碳钢1/10 1/20。3）在结构允许的条件下改用凸焊。4）焊接参数见表1-14和表1-15（P39）第第1章章 点焊点焊6.6.高温合金的点焊高温合金的点焊（焊接性差） 高温合金又称耐热合金，主要用于点焊的是固溶强化型耐热合金，时效沉淀强化合金型合金也有应用；时效沉淀强化合金型合金比前者焊接性更差。高的电阻率、高温强度和小的导热

25、率，可采用小的焊接电流，配大的电极压力u 焊接技术要点：焊接技术要点：1）电极用高温强度好的材料，如BeCoCu（铍钴铜）2）仔细表面清理，最好是酸洗处理3）采用软规范和大的电极压力（减小喷溅的倾向），缓冷 脉冲和锻压力4）加强冷却和尽量避免重复加热焊接区，避免结晶偏析，胡须等5）推荐采用球面电极，特别是在板厚较大时。6）焊接参数见表1-16（P40）第第1章章 点焊点焊u典型高温合金的点焊接头组织图37：高温合金（GH140）点焊接头金相照片第第1章章 点焊点焊7.7.钛合金的点焊钛合金的点焊（焊接性良好）钛合金的物理性质和奥氏体不锈钢相近似，焊接性良好。u焊接技术要点：焊接技术要点：1）一

26、般不用表面清理，当氧化膜较厚时用化学清洗2）电极用热硬性良好的CrZrCu（铬锆铜） BeCoCu（铍钴铜），球面形工作端面，内外水冷。3）硬规范，低电极压力（防产生深压痕）4）点焊冷却速度大，容易产生针状马氏体，采用焊后退火处理；带回火的双脉冲点焊5）焊接参数见表1-17（P41）第第1章章 点焊点焊u典型钛合金的点焊接头组织图38：钛合金（TA7）的点焊接头组织第第1章章 点焊点焊8.8.铜合金的点焊铜合金的点焊 纯铜、无氧铜、磷脱铜点焊焊接性差，建议不使用点焊，黄铜一般，青铜较好，白铜较优良。u点焊技术要点：点焊技术要点：1）钨、钼镶嵌型或铜钨烧结型电极（防止电极大量散热），也可加工艺垫

27、片2）采用直流冲击波和电容放电型点焊电源进行焊接3）注意减小分流(加大点距）、喷溅和电极表面粘结4）焊接参数见表1-18和1-19（P42）第第1章章 点焊点焊u典型铜合金的点焊接头组织图39：铜合金（H62）的点焊接头组织第第1章章 点焊点焊9.9.镁合金的点焊镁合金的点焊 镁合金密度低，比强度，比刚度高，导热性和电磁屏蔽性好，阻尼性能优秀，可以回收，被成为21世纪最有应用潜力的“绿色材料”。 图40 ：镁合金（日本，AZ31B）点焊接头组织焊接技术要点：同铝合金焊接参数见表1-20（P43）第第1章章 点焊点焊第第1章章 点焊点焊四四. .特殊情况下的点焊工艺特殊情况下的点焊工艺 1.1.

28、不同厚度和不同材料的点焊不同厚度和不同材料的点焊 熔核不以贴合面为对称，向厚板或导电、导热性差的材料中偏移，使焊点承载能力下降。 1.1产生偏移的原因（图1-38） 根本原因是焊接区在加热时两焊件析热和散热不相等所致，偏移方向向着析热多、散热缓慢的一方移动。 （ 1）不同厚度时 ，厚板电阻大、析热多 。析热中心远离电极，散热少，熔核偏向厚板。 （2）不同材料时，导电性差的电阻大-析热大，但导热性差-散热少。1.21.2克服偏移的措施（克服偏移的措施（4个方面）(1）采用硬规范：边缘效应更显著，加热时间短，减小散热的影响, 如电容贮能焊机焊厚薄比例很大件(2）采用不同的电极 电极直径不同：直径小，电流密度大，散热小；小直径电极用在薄板或导电导热好的焊件 电极材料不同：导热性好的材料放厚板侧或导电导热差的 使用特殊电极：电极上加不锈钢环或黄铜套或采用尖锥形，使焊接电流向中间集中，增加薄板的析热强度第第1章章 点焊点焊第第1章章 点焊点焊(3）在薄件（导电、导热性好的焊件）上附加工艺垫片工艺垫片。工艺垫片由导热差的材料制成，厚度0.2-0.3 附加工艺垫片时，