《汽车制造工艺技术》 教案 模块七 汽车焊接工艺方法与设备

授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术1单元15授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务一电阻焊教学目标知识目标：掌握电阻焊的定义、分类和工作原理；掌握电阻焊焊点形成三个阶段能力目标：能正确分析电阻焊质量影响因素及常见故障分析素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：电阻焊的工作原理及焊点形成阶段难点：电阻焊质量影响因素及故障分析教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记教案用纸No授课内容备注任务一电阻焊【复习】1.汽车焊接实训安全操作规程?2.汽车焊接用电安全、防火防爆安全及劳动保护用品穿戴？【导入】

焊接是利用加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料使焊件达到原子结合的一种加工方法，其实质是使两个分离金属通过原子或分子间的相互扩散与结合而形成一个不可拆卸的整体的过程，并且连接后不能再拆卸。【讲授新课】一、电阻焊的定义、分类电阻焊是将被焊工件置于两电极之间加压，并在焊接处通以电流，利用电流流经工件接触面及其邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之达到金属结合而形成牢固接头的工艺过程。由于焊接所需要的热来自于电流通过工件焊接处的电阻产生的热量，因此将其称为电阻焊。电阻焊有点焊、凸焊、缝焊、对焊等多种不同的焊接方式，如图所示。电阻焊应用范围很广泛，在汽车、拖拉机、飞机制造、电真空器件和仪表制造等工业部门中，电阻焊是重要的焊接工艺之一。

（1）电阻点焊：将焊件压紧在两个柱状电极之间，通电加热，使焊件在接触处熔化形成熔核，然后断电，并在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。点焊适用于焊接4mm以下的薄板（搭接）和钢筋，广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品的生产。（2）缝焊：缝焊与点焊相似，所不同的是用旋转的盘状电极代替柱状电极。叠合的工件在圆盘间受压通电，并随圆盘的转动而送进，形成连续焊缝。缝焊适宜于焊接厚度在3mm以下的薄板搭接，主要应用于生产密封性容器和管道等。（3）对焊：根据焊接工艺过程不同，对焊可分为电阻对焊和闪光对焊。1）电阻对焊焊接过程是先施加顶锻压力（10～15MPa），使工件接头紧密接触，通电加热至塑性状态，然后施加顶锻压力（30～50MPa），同时断电，使焊件接触处在压力下产生塑性变形而焊合。电阻对焊操作简便，接头外形光滑，但对焊件端面加工和清理要求较高，否则会造成接触面加热不均匀，产生氧化物夹杂、焊不透等缺陷，影响焊接质量。因此，电阻对焊一般只用于焊接直径小于20mm、截面简单和受力不大的工件。2）闪光对焊焊接过程是先通电，再使两焊件轻微接触，由于焊件表面不平，使接触点通过的电流密度很大，金属迅速熔化、气化、爆破，飞溅出火花，造成闪光现象。继续移动焊件，产生新的接触点，闪光现象不断发生，待两焊件端面全部熔化时，迅速加压，随即断电并继续加压，使焊件焊合。由于电阻焊中的缝焊和对焊在车身焊接中用得较少，凸焊实际上只是焊接接头的形式与点焊不太一致，其焊接原理和所用的焊接设备与点焊均没有本质的差异，因此点焊是电阻焊最典型的代表。点焊有单点焊、多点焊、单面点焊和双面点焊等多种。由于点焊具有生产率高、焊接质量好、焊接成本低、工作条件好、易于实现自动化生产等诸多优点，因此在车身焊接中被广泛应用。当然，点焊也有其自身的缺点，如对焊接参数波动比较敏感、焊接质量不便于无损检测等，为此需严格控制焊接参数，且应定期抽取一定数量的焊接件进行破坏性检测。点焊常用于车身冲压件的搭接焊，凸焊常用于螺母的焊接。二、电阻焊的焊接原理1.电阻焊的工作原理电阻焊是当电流通过导体时，由于电阻产生热量。当电流不变时，电阻愈大，产生的热量愈多。当两块金属相接触时，接触处的电阻远远超过金属内部的电阻。因此，如有大量电流通过接触处，则其附近的金属将很快地烧到红热并获得高的塑性。这时如施加压力，两块金属即会联接成一体。2.电阻焊的热过程点焊时，对焊件的加热是利用电流直接通过焊件内部及焊件间接触电阻产生的热量来实现。热量的大小是根据焦耳楞次定律来确定的，因此电阻焊的发热量应符合焦耳楞次定律。其关系式为式中

Q—所产生的热量（J）；

I—两电极之间的电流（A）；

R—两电极之间的电阻（）；

t—通电时间（s）。采用不同的电阻焊方法，两电极间电阻（R）是不同的。如点焊时，两电极电阻（R）是由焊件内部电阻（2Rn）、焊件接触处的接触电阻（Rz）

以及电极和焊件间的电阻（2Rzj）所组成，如图4-5所示。其电热关系式为：

3.接触电阻（1）接触电阻的形成两焊件接触面上存在定的电阻称为接触电阻。当电流通过两焊件接触面时，由于接触面实际上不是绝对平的，两焊件只能在若干点上相接触，这样电流通过接触面时就收缩，集中于这些点通过，这是一种微观的集中，由此而造成的附加电阻是形成接触电阻的主要部分，如图4-6所示。同时接触面上存在的氧化膜、油膜和脏物等阻碍，以及焊件表面吸附的气体，也会引起接触电阻。当两焊件通过一定电流时，接触面上首先被加热到较高温度，因而较早达到焊接温度。所以电阻焊是通过焊件接触面上产生的电阻热作为主要热源。（2）影响接触电阻大小的因素接触电阻的大小与电极压力、材料性质、焊件表面状况以及温度有关。任何能够增大实际接触面积的因素，都会减少接触电阻。

随着电极压力的增大，焊件表面的凸出点被压平，氧化膜也会被破坏，接触面积随之增加，接触电阻就减小。

焊件表面存在的氧化物、脏物越多，尤其是存在导电性很低的氧化物时，接触电阻越显著增加。在焊接过程中，随着焊件温度的上升，材料强度逐渐下降，压力将造成更大的接触面积，同时焊件表面上阻碍导电的物质也易被挤走，所以随着温度的上升，接触电阻将急剧下降。

4.焊点的形成过程

焊点形成有三个阶段：（1）预压阶段。为避免接触电阻过大而使焊件烧穿或将电极工作表面烧坏，一定要在焊件受到预压作用后方可通电。（2）焊接通电加热阶段。预压阶段结束后，开始通电加热，在压力的作用下该处金属发生性变形，晶粒破碎，在高温下破碎的晶粒强烈地进行再结晶使焊件通过相互结晶形成共同晶粒，即完成塑性状态下的焊接。随着温度升高，塑性状态区城向四周扩展，中心部分开始出现熔化区，由于熔化区域被环状的塑性焊接区域(即所谓的塑性环)所包围（图4-7），因此熔化的金属不致于在压力作用下被挤出而造成飞溅，以后熔化区和塑性环均应不断扩大，但塑性环始终包围着熔化区，使加热过程正常进行（3）锻压（维持）阶段当切断焊接电流后，电极继续对焊点进行挤压的工序称为锻压。加热结束后，因为焊核周围冷却条件好，故首先凝固，这使包围熔化区周围的金属外壳的刚性得到加强，中心部分凝固收缩时遇到更大的阻力。在断电后继续施加压力，可以克服凝固阻力，防止缩孔、裂纹的产生，形成机械性能高的焊点。三、电阻焊技术参数1.焊接电流的影响从公式可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在点焊过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因回路的几何形状变化或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响。通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊热接热，从而使接头强度显著下降。

2.焊接时间的影响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互为补充。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，又称强规范），也可以采用小电流和长时间（弱条件，又称弱规范）。选用强条件还是弱条件，则取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。但对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都仍有一个上、下限，超过此限，将无法形成合格的熔核。3.电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻R有显著影响，随着电极压力的增大，R显著减小。此时焊接电流虽略有增大，但不能影响因R减小而引起的产热的减少。因此，焊点强度总是随着电极压力的增大而降低。在增大电极压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变。采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性。电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。

4.电极形状及材料性能的影响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，因而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，接触面积将增大，焊点强度将降低。5.工件表面状况的影响工件表面上的氧化物、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。氧化物层的不均匀性还会影响各个焊点加热的不一致，引起焊接质量的波动。因此，彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。四、电阻焊特点

1：电阻焊是利用焊件内部产生的电阻热，由高温区向低温区传导，加热及融化金属，实现焊接的。它属于内部分布能源。2：电阻焊的焊缝是在压力下凝固或集合结晶，属于压焊范畴，具有锻压特征。3：由于焊接热量集中，加热时间短，所以热影响区小，焊接变形与应力也较小。所以，通常焊后不需要校正及热处理。4：通常不需要焊、焊丝、焊剂、保护气体等焊接材料，焊接成本低。5：电阻焊的熔核始终被固体金属包围，融化金属与空气隔绝，焊接治金过程比较简单。6：操作简单，易于实现机械化与自动化，劳动条件较好。7：生产率高，可与其它工序一起安排在组装焊接生产线上。但是闪光焊因有火花喷溅，尚需隔离。8：由于电阻焊设备功率大，机械化、自动化程度较高，使得设备的一次投资大，维修困难，而且常用的大功率单项交流焊机不利于电网的正常运行。9：点、缝焊的搭接接头不仅增加构件的质量，而且使接头的抗拉强度及疲劳强度降低。10：电阻焊质量，目前还缺乏可靠的无损检测方法，只能靠工艺试样、破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。五、电阻焊常见故障分析【提问】1.电阻焊的定义、分类？2.电阻焊的工作原理？【布置作业】1.电阻焊焊点形成三个阶段？2.电阻焊质量影响因素？常见故障分析？【总结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术1单元16授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务二电阻点焊教学目标知识目标：掌握电阻点焊的定义和主要参数选择，了解电阻点焊的焊接循环过程能力目标：能正确使用汽车电阻点焊设备素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：电阻点焊主要参数选择和循环过程难点：电阻点焊设备教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记教案用纸No授课内容备注任务二电阻点焊【复习】1.电阻焊的概念、分类?2.电阻焊的工作原理？【导入】

汽车车身电阻点焊的应用和结构如下图：【讲授新课】一、电阻点焊的定义

点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状态,使之形成金属结合的一种方法。点焊的接头形式是搭接。点焊时，将焊件压紧在两圆柱形电极间，并通以很大的电流，利用两焊件接触电阻较大，产生的热量大，迅速将焊件接触处加热到熔化状态，形成液态熔池（焊核），当液态金属达到一定数量后断电，在压力的作用下，冷却凝固形成熔核，如图4-8所示。点焊主要用于带蒙皮的骨架结构，例如汽车驾驶室、客车厢体和飞机翼尖翼肋等。图2

点焊示意图

1.点焊的电极点焊时，常用的电极材料有纯铜电极、镉青铜电极和铬青铜电极。（1）纯铜电极。纯铜具有良好的导电性和导热性，但由于硬度和屈服强度较低，因此寿命很短。纯铜电极适用于工作量不大的轻合金焊件的焊接。（2）镉青铜电极。镉青铜具有较好的力学性能和导电性(为纯铜的90%)，常用来制造焊接黑色金属的电极和有色金属电极。（3）铬青铜电极。铬青铜电极具有相当高的硬度，并有良好的导电性和较好的抗氧化能力，它的使用寿命长，因此被广泛用于耐热钢和不锈钢的焊接。2.点焊的接头形式点焊时工件采用的接头形式如图4-9所示，分为单剪搭接、双剪搭接、带垫片对接以及弯边搭接等几种，其中单剪搭接接头应用最广。二、电阻点焊的特点1）电阻点焊的优点（1）熔核形成时始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。（2）加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。（3）不需要焊丝、焊条等填充金属作焊接材料，焊接成本低。（4）操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。（5）生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上。2）电阻点焊的缺点（1）点焊因在两板焊接熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。（2）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。（3）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件破坏性试验来检查，靠各种监控进行技术保证。三、电阻点焊主要参数选择

1.焊件的焊前清理焊前必须清除焊件表面的油脂、脏物及氧化膜。因为这类杂质的存在，会使焊件与焊件间、焊件与电极间的接触电阻显著增加，甚至出现局部不导电，破坏了电流和热量的正常分布;在电流密度特别大的地方，发生金属局部熔化、飞溅和表面过热或烧穿焊件。如果氧化膜太厚，会使焊件接触面绝缘，不能形成焊点。清理前，选用有机溶剂（汽油、丙酮等）或碱性溶液除去焊件表面的油漆和油脂，然后再去除表面的氧化膜，一般可用纱布、铜丝刷或喷砂处理。2.电阻点焊的能量

电阻点焊的能量是电阻热，因此，它符合焦耳定律：

Q=I2RT

其中，Q—电阻点焊能量；

I

—焊接电流；

R—电焊过程中的动态电阻；

T—

焊接时间。

3.焊接电流

由于绕流现象产生的边缘效应，电流通过焊件时的分布将是不均匀的。即：两电极间的电流密度是不均匀的。由右图4可以看到：贴合面的边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现塑性连接区，这就是塑性环。熔核就是在塑性环里形成并长大的。塑性环的作用：防止熔核氧化和飞溅。4.焊接电阻

如右图5所示：电极与工件间接触电阻Rew、工件间的接触电阻Re（Rew和Re被称为接触电阻）和工件自身的电阻Rw（Rw成为内部电阻）构成了点焊时电阻热的发生机构。其中，接触电阻产热约为5%-10%，内部电阻产热约90%-95%。由图6可以看到：在其他焊接参数不变的情况下，随着电极压力的增大，焊接电阻迅速减小，当电极压力增加到一定值时，焊接电阻趋于稳定。

5.温度场的分布

温度场是产热与散热相互作用的表现和结果.由于产热电阻阻值的不同、电流线分布的不均匀性以及水冷铜合金电极的强烈冷却作用，使温度场的分布具有不均匀性.由图7可以看出：点焊时板件贴合面处的温度最高，这样的分布有利于贴合面处的母材熔化形成熔核。

6.点焊焊接参数的选择点焊时，主要的焊接参数有焊接电流、通电时间、电极接触面积和电极压力等。其焊接参数的选择主要用实验法，即试焊、检验，最后确定焊接规范。常用的低碳钢点焊焊接参数见表4-3。四、电阻点焊焊接循环过程点焊的焊接过程由预压、通电、维持、休止四部分组成。其焊接质量的好坏与预压力、通电时间、通电电流、工件性能、电极的形状与材料等因素有直接关系，其中通电电流和通电时间对焊接质量的影响最大。（1）预压力的影响点焊的预压力是由电极施加的，因此预压力又称为电极压力。适当的电极压力对于保证焊接质量十分有利，其原因是：适当的电极压力可以破坏焊接接头表面的氧化物层，使焊接接头表面保持良好的接触，促进焊接接头的熔合；热熔时在电极压力作用下形成的塑性环可防止周围气体侵入和液态熔核金属沿板缝向外喷溅，这对于保证焊接质量具有十分重要的作用。（2）焊接电流的影响点焊所需要的热量完全由电流转换而来，由此可见焊接电流对焊接质量的影响。电流越大，所产生的焊接热越大，焊接接头处的金属越容易熔化。不同的材料其熔化热和散热能力均有较大差异，因此焊接不同种类的金属应采用不同的焊接电流。此外，点焊接头处金属厚度的不同所需的焊接热也存在很大的差异，因此焊接较厚的金属时需要较大的焊接电流，焊接较薄的金属时需要较小的电流，否则焊接接头有被烧穿的危险。由此可见，焊接电流是一个必须严格控制的重要参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。（3）通电时间的影响通电时问又称焊接时间，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、短时问焊接模式(简称强条件或硬规范)，也可采用小电流、长时间(简称弱条件或软规范)。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问，都有一个上下限，选用时应特别注意这一点。（4）电极形状及材料的影响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。（5）工件性能的影响工件表面状况如氧化物、污垢、油和其他杂质等均会影响工件的导电性能，通常情况下都会增大焊接接头处的接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能导通，使焊接过程无法进行。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的均匀性，引起焊接质量的不稳定。因此彻底清洁工件表面是保证获得优质焊接接头的必要条件。除工件表面状况会影响到焊接质量外，工件材料的许多性能都会对点焊的有效性构成较大影响：材料的导电性和导热性越高，焊接性越差；材料的高温强度越高、屈服强度越高，焊接性越差；材料的塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差；材料对热循环的敏感性越强，焊接性越差；此外，熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊接性一般较差。（6）点焊参数的选用选择点焊参数时可以采用计算法或查表法，无论采用哪种方法，所选择出来的参数都不可能是十分精确和合适的，需针对具体工件的特点由实验确定。五、电阻点焊的设备

目前在生产中的电阻焊焊机种类很多，按其用途可分为点焊焊机、缝焊焊机和对焊焊机等。

1.点焊机的分类1）按使用的电源不同，可分为工频（即50Hz的交流电源）点焊机、脉冲点焊机、直流冲击波点焊机、电容储能式点焊机以及变频点焊机（包括高频点焊机和低频点焊机）等，如图4-11~4-15所示。

2）按加压机构传动方式的不同，可分为脚踏杠杆式点焊机、电动凸轮式点焊机、气压传动式点焊机、液压传动式点焊机以及复合（如气压-液压式）点焊机等。

3）按电极的运动形式不同，可分为垂直行程式点焊机和圆弧行程式点焊机(图4-16、图4-17)。4）按一个焊接周期完成的焊点数不同，可分为单点式（如常用的DN2系列点焊机）、双点式和多点式（如汽车制造专用的DNI3系列多头点焊机）。5）按焊机安装形式的不同，可分为固定式点焊机、移动式点焊机和悬挂式点焊机。

2.焊钳电阻点焊设备在汽车生产中主要分两类：悬挂式点焊焊机和机器人点焊设备。悬挂式点焊焊机由焊钳、焊机变压器、焊机控制器、水冷却系统、气动加压系统和悬挂装置等部分组成，根据焊臂的动作分为X型与C型两种；机器人点焊设备主要由点焊控制器、焊钳(包括阻焊变压器)及水、电、气等辅助部分组成。悬挂焊是采用工件不动，焊钳移动的焊接方式，主要用于焊接一般固定式焊机不能或不便焊接的低碳钢、低合金钢、不锈钢、镀层钢、板材及圆钢。而焊接机器人则采用焊钳和工件都运动的焊接方式，其自动化和劳动强度都得到了很大的改观，所以焊接机器人在现代工业生产中得到了广泛的应用，特别是在汽车生产中应用尤为广泛。（1）焊钳概述点焊机的焊钳由定焊臂、动焊臂、定电极、动电极、机体、悬臂、手柄、焊接启动开关、气缸和辅助行程开关等组成，如图4-18所示。焊机主要分为X型和C型。X型悬挂焊机的焊臂能像剪刀一样张开和闭合，该类焊机适用于尺寸大且焊接位喉深大的工件焊接，其常用焊臂长度有330mm、420mm、500mm、600mm，最长可达1200mm，特殊的还可定制。C型悬挂焊机静止的焊臂似L状，另一焊臂垂直于L型焊臂的短边，两条焊臂构成的包围圈在没有闭合时像字母“C”因此而得名。此类焊机适用于工件大但焊接位喉深不大、对焊接速度要求较高的情况，例如风管口里管道与法兰角铁的焊接。（2）焊钳的分类焊钳的分类方法有很多种，按应用场合可分为便携式焊钳、自动平衡焊钳和机器人焊钳3大类。①便携式焊钳。便携式焊钳是用于手工操作的焊钳，结构简单、重量轻、灵活方便，主要有普通型和一体化型两大类。普通型是指焊钳与阻焊变压器分离，操作性能好，维修简单，产品较为成熟；一体化型是指焊钳与阻焊变压器安装在一起，共同固定在焊钳手臂末端，其主要优点是节省能量。一体式焊钳的缺点是焊钳重量增大，要求负载能力变大，但随着逆变焊钳的发展及机器人负载能力的提高，一体式焊钳将得到广泛的应用，如图4-19a所示。②自动平衡焊钳。与便携式焊钳类似，只是在焊接时焊钳不用人工控制，而将它与夹具配合，固定在夹具上，实现一定程度的自动化生产。③机器人焊钳。点焊机器人用焊钳与焊条电弧焊焊钳一样有C型和X型两种，但与焊条电弧焊焊钳相比其使用寿命长、尺寸精度高、结构紧凑且重量轻。根据工件及焊接夹具的结构形式来选取焊钳的种类及结构尺寸，对于较复杂的工件一般需要通过仿真来确定焊钳的尺寸。与机器人连接可自动控制，精度高、效率高，但机构较复杂、重量大，如图4-19b所示。（3）焊钳选用的基本原则

①

依据产品结构、夹具结构和作业方位等确定合理的点焊钳形式。②根据焊钳的工作位置、工件形状选择焊钳的门深、门高选择，如图4-20所示。③根据焊接板厚、加压时间和焊接部位的材料等条件选择电极加压力，从而选择气缸直径。④根据辅助行程和工作行程选择气缸的长度。

经过辅助行程使焊钳进入焊接部位，进入焊接部位后关闭辅助行程，改为工作行程。⑤根据客户要求选择电缆连接方式。⑥根据焊接条件来选择手柄型号。

3.点焊机常见故障及排除方法点焊机常见故障及排除方法见表4-4。4.电阻焊机的使用、维护及安全注意事项1）焊机工作前，对各有关传动部分加油，保证润滑良好；2）焊机通水后方可进行操作；3）要经常保持接触器触点清洁；4）电极与焊件接触处应保持光洁，必要时用细砂纸磨光；5）焊后应及时清理焊机上的飞渣，防止金属飞渣落入焊接变压器线圈中发生短路；6）焊机在摄氏零度以下工作完毕后，应使用压缩空气吹除冷却管路中的冷却水。六、电阻点焊质量控制对于点焊质量的检测，分不两种场合进行区分。一级：承受较大的静载荷、动载荷或交变载荷的接头；二级：承受较小的静载荷或动载荷的一般接头。

1.常用的检验方法（1）目视检验对于熔核的质量从外观上只能初步判断，最终的检验需要依靠撕破或撬边检验。凭眼睛看塑性环包围的熔核，起到连接强度的是熔核中间的焊核，没有清晰地看到焊核，不能说明此熔核有缺陷，需要进行剖检检查。通常我们说的熔核直径，指的是焊核直径。熔核表面应平整、光洁，不允许出现击穿、烧穿、裂纹等现象。（2）撕破检验每班开班前，焊机工作中间停止时间超过1h，每焊接100个点左右时，或更换电极、在规定范围内调整焊接参数，重新启动焊机时，都必须按表3-7所列内容进行检验，在检验无问题时方可继续施焊。撕破检验时，应用专业设备在一侧板材上撕成孔洞，板厚大于1.2mm时，允许在一侧板材上形成深度不小于板厚20%的凹坑。（3）撬边检验撬边检验是用专用检验器将焊件边缘撬起来检查熔核是否良好，如图4-30所示。焊透率过小或直径过小的熔核，在撕力作用下发出轻微的撕裂声音并破裂，焊接良好的熔核应不破裂。

2.点焊缺陷及其产生原因在点焊过程中，由于焊接规范选择不当，会产生各种焊接缺陷，从而影响焊接质量，表4-6列出了点焊时易出现的各种缺陷及产生原因。【提问】1.电阻点焊的定义？2.电阻点焊的主要参数选择？【布置作业】

1.概述电阻点焊的焊接循环过程？

2.分析电阻点焊设备？【总结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术1单元17授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务三凸焊教学目标知识目标：掌握凸焊的工作原理和凸焊的质量影响因素；了解凸焊的质量检验方法能力目标：能正确分析凸焊的质量影响因素素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：凸焊工作原理和质量影响因素难点：凸焊的质量检验方法教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记教案用纸No授课内容备注任务三凸焊【复习】1.电阻点焊的定义?2.电阻点焊焊接循环过程？【导入】

如前所述，凸焊的焊接原理和设备与点焊很接近，只是焊接接头有所不同，因此，人们常将凸焊称为是点焊的一种特殊形式。【讲授新课】一、凸焊的定义二、凸焊基本类型三、凸焊的工作原理四、凸焊接头形成过程

1.预压阶段；

2.通电加热阶段；

3.冷却结晶阶段。五、凸焊的工艺特点1.凸焊的工艺特点1)

在一个焊接循环内既可焊接一个焊点又可同时焊接多个焊点，不仅生产率高，还没有分流影响，因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。2)

由于电流密集于凸点上，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。点焊却不同，对应于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困难的。3)

凸点的位置准确、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。当然，工件表面越洁净，其焊接质量就越好越稳定。6）凸焊的不足之处是需要冲制凸点的附加工序，电极比较复杂，若一次要焊多个焊点，则需要使用更高的电极压力和高精度的大功率焊机。由于凸焊具有上述多种优点，因而获得了极广泛的应用。由凸焊的优点不难看出，凸焊特别适合于车身上的螺母焊接，如图4-21所示。2.凸焊电极常用的凸焊电极有圆形平头电极、大平头棒状电极、螺母专用电极三种基本类型。（1）圆形平头电极。圆形平头电极又称为标准点焊电极，若进行凸焊作业时采用标准点焊电极，则电极接触面直径应不小于凸点直径的两倍，以减小工件表面的压痕。（2）大平头棒状电极。大平头棒状电极常用于局部位置的多点凸焊，如加强垫圈的凸焊，一次可焊4~6点。大平头棒状电极的接触面必须足够大，应超过全部凸点的边界，超出量一般应相当于一个凸点的直径。（3）螺母专用电极。螺母专用电极主要用于螺母的焊接。汽车车身上需要焊接的螺母非常多，因此螺母专用电极在汽车车身焊接工艺中应用非常广泛。

3.凸焊质量的影响因素影响凸焊质量的因素主要有电极压力、焊接时间、焊接电流、电极材料四项。(1)

电极压力。凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能、凸点的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溃，并使两工件紧密贴合。电极压力过大会过早地压溃凸点，失去凸焊的作用，同时因电流密度减小而降低接头强度；电极压力过小会引起严重飞溅。(2)

焊接时间。对于给定的工件材料和厚度，焊接时问由焊接电流和凸点刚度决定。在凸焊低碳钢和低合金钢时，影响焊接质量的因素主要是电极压力和焊接电流。在电极压力和焊接电流确定后，通过调节焊接时间，以获得满意的焊接质量。若希望缩短焊接时间，就要相应增大焊接电流，但过分增大焊接电流可能引起金属过热和飞溅。通常情况下，凸焊的焊接时间比点焊长，而电流比点焊小。多点凸焊的焊接时间应稍长于单点凸焊，以减少因凸点高度不一致而引起各点加热的差异。采用预热电流或电流斜率控制(通过调幅使电流逐渐增大到需要值)，可以提高焊点强度的均匀性并减少飞溅。(3)

焊接电流。凸焊每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点时小，但在凸点完全压溃之前电流必须能使凸点熔化。凸焊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。对于一定凸点尺寸，挤出的金属量随电流的增加而增加。采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。和点焊一样，被焊金属的性能和厚度仍然是选择焊接电流的主要依据。(4)

电极材料。电极材料会影响被焊两工件上的热平衡，在焊接厚度小于0.5mm的薄板时，为了减少平板一侧的散热，常用钨一铜烧结材料或钨做电极的嵌块。4.凸点的选择与制备

5.凸焊质量检验凸焊质量检验的主要内容是焊接强度，常采用拉力法进行检验，即检测焊点的抗拉能力。表4-5是螺母凸焊抗拉能力的检验标准。五、凸焊设备结构【提问】1.凸焊的工作原理？2.凸焊的质量影响因素？【布置作业】

1.凸焊的质量检验方法？

2.凸焊的电极分类？【总结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术1单元18授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务四焊条电弧焊教学目标知识目标：掌握焊条电弧焊的基本原理；掌握焊条的基本知识；了解焊条电弧焊的工艺参数选择能力目标：能正确分析焊条电弧焊的工艺参数影响素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：焊条电弧焊的基本原理难点：焊条电弧焊的工艺参数选择教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记教案用纸No授课内容备注任务四焊条电弧焊【复习】1.凸焊的定义、原理?2.凸焊的影响因素、质量检验？【导入】

什么是焊条电弧焊？【讲授新课】一、焊条电弧焊的原理与特点1.焊条电弧焊基本原理焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊时，在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温使焊条药皮与焊芯及工件熔化，熔化的焊芯端部迅速地形成细小的金属熔滴，通过弧柱过渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，保证所形成焊缝的性能。随着电弧以适当的弧长和速度在工件上不断地前移，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝。焊条电弧焊的过程如图4-34所示。在工件与焊条两电极之间的气体介质中持续强烈的放电现象称为电弧。焊条电弧焊焊接低碳钢或低合金钢时，电弧中心部分的温度可达6000~8000oC，两电极的温度可达到2400~2600oC，如图4-35所示。

图4-34

焊条电弧焊的过程2.焊条电弧焊的特点焊条电弧焊具有以下优点：（1）焊条电弧焊的设备如图4-36所示，其使用的设备比较简单，价格相对便宜并且轻便。焊条电弧焊使用的交流和直流焊机都，都比较简单，焊接操作时不需要复杂的辅助设备，只需配备简单的辅助工具。因此购置设备的投资少，而且维护方便，这是它广泛应用的原因之一。

图4-36

焊条电弧焊设备简图（2）不需要辅助气体防护。焊条不但能提供填充金属，而且在焊接过程中能够产生保护熔池和避免焊接处氧化的保护气体，另外其还具有较强的抗风能力。（3）操作灵活，适应性强。焊条电弧焊适用于焊接单件或小批量的产品，和短的、不规则的、空间任意位置的以及其他不易实现机械化焊接的焊缝。凡焊条能够达到的地方都能进行焊接。（4）应用范围广，适用于大多数工业用的金属和合金的焊接。焊条电弧焊选用合适的焊条不仅可以焊接碳素钢、低合金钢，而且还可以焊接高合金钢及有色金属，不仅可以焊接同种金属，而且可以焊接异种金属，还可以进行铸铁焊补和各种金属材料的堆焊等。

但是，焊条电弧焊有以下的缺点：（1）对焊工操作技术要求高，焊工培训费用大。焊条电弧焊的焊接质量，除靠选用合适的焊条、焊接工艺参数和焊接设备外，主要靠焊工的操作技术和经验保证，即焊条电弧焊的焊接质量在一定程度上决定于焊工操作技术。因此必须经常进行焊工培训，所需要的培训费用很大。（2）劳动条件差。焊条电弧焊主要靠焊工的手工操作和眼睛观察完成全过程，焊工的劳动强度大，并且始终处于高温烘烤和有毒的烟尘环境中，劳动条件比较差，因此要加强劳动保护。（3）生产效率低。焊条电弧焊主要靠手工操作，并且焊接工艺参数选择范围较小，另外，焊接时要经常更换焊条，并要经常进行焊道熔渣的清理，与自动焊相比，焊接生产率低。（4）不适于特殊金属以及薄板的焊接。对于活泼金属和难熔金属，由于这些金属对氧的污染非常敏感，焊条的保护作用不足以防止这些金属氧化，保护效果不够好，焊接质量达不到要求，所以不能采用焊条电弧焊；对于低熔点金属，由于电弧的温度对其来讲太高，所以也不能采用焊条电弧焊焊接。另外，焊条电弧焊的焊接工件厚度一般在1.5mm以上，1mm以下的薄板不适于焊条电弧焊。由于焊条电弧焊具有设备简单、操作方便、适应性强、能在空间任意位置焊接的特点，所以被广泛应用于各个工业领域，是应用最广泛的焊接方法之一。3.焊条的基本知识焊条是涂有药皮的并供焊条电弧焊用的熔化电极，由药皮和焊芯两部分组成。近10年来焊接技术迅速发展，各种新的焊接工艺方法不断涌现，焊接技术的应用范围也越来越广泛，但是焊条电弧焊仍然是焊接工作中的重要方法。根据资料统计,焊条电弧焊的焊条用钢约占焊接材料用钢(包括焊条及各种自动焊焊丝的总和)的60%~80%，这充分说明手工电弧焊在焊接工作中占有重要地位。焊条电弧焊时，焊条既作为电极，在焊条熔化后又作为填充金属直接过渡到熔池，与液态的母材熔合后形成焊缝金属。因此，焊条不但影响电弧的稳定性，而且直接影响到焊缝金属的化学成分和力学性能。为了保证焊缝金属的质量，必须对焊条的组成、分类、牌号及选用、保管知识有较深刻的了解。焊条是由焊芯(

金属芯)和药皮组成。在焊条前端药皮有45左右的倒角，这是为了便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条直径(实际是指焊芯直径)通常为2mm、2.5mm、3.2mm或3mm、4mm、5mm、5.8mm(或6mm)等几种，常用的是φ3.2mm、φ5mm、φ5.8mm三种，其长度一般在250~450mm之间。1）焊芯（1）焊芯的作用焊芯是与焊件之间产生电弧并熔化作为焊缝的填充金属。焊条电弧焊时，焊芯金属约占整个焊缝金属的50%~70%。焊芯的化学成分将直接影响焊缝质量.（2）焊芯中合金元素焊芯中通常含有碳、锰、硅、铬、镍、硫、磷等元素，不同成分的焊条，其焊芯中这些元素的含量有所不同，各元素对焊缝的影响也不相同。下面主要介绍钢焊条中碳、锰、硅、硫、磷元素对焊接性能的影响。碳：在焊接过程中，碳是种很好的脱氧剂，在电弧高温作用下与氧化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体。减少了空气中氧、氮与熔池的作用。但含碳量过高时，会引起较大的飞溅和产生气孔，同时会使钢的淬硬性和裂纹敏感性增加。锰：在焊接过程中，锰是种较好的脱氧剂。锰还可使焊缝的强度和韧性提高,同时锰还能减少硫的有害作用。一般碳素结构钢焊芯中锰的质量分数为0.3%~0.55%，低合金钢焊条的焊芯中锰的质量分数可达0.8%~1.1%或更高些。硅：在焊接过程中，硅具有比锰还强的脱氧能力，能与氧形成二氧化硅，使熔渣变调，增加溶渣的黏度，造成脱渣困难。过多的二氧化硅，还会增加焊接熔化金属的飞溅，因此焊芯中的含硅量应尽量少。硫：硫是种有害杂质。在焊接过程中，硫在高温的条件下能与铁化合成低熔点的硫化亚铁，硫化亚铁还能与其他物质形成熔点更低熔点共晶(熔点985oC)，集聚在晶界，使焊缝在高温下产生裂纹(热裂)。因此，焊芯中硫的质量分数不得大于0.04%。磷：磷也是一种有害杂质。在焊接过程中，由于磷与铁化合生成磷化铁(Fe3P)，使熔化金属的流动性增大，而当金属凝固后，使金属变脆，焊缝产生冷脆现象。另外，磷化铁还能和其他物质形成低熔点共晶体，致使产生热裂纹。所以，焊芯中磷的质量分数不得大于0.04%，在焊接重要结构时，磷的质量分数不得大于0.03%。2）药皮（1）药皮的作用焊条中药皮的作用主要有：①防止空气对熔池的侵入。②提高焊接电弧的稳定性。③提高焊缝质量。（2）药皮的类型及特点常用的焊条药皮有8种类型，其特点如下：①高钛钠和高钛钾型：电弧稳定，引弧容易，熔深较浅，熔渣覆盖良好，脱渣容易，焊波整齐，适用于全位置焊接。但熔敷金属塑性及抗裂性能较差。焊接电源为交流或直流正接。②钛钙型：电弧稳定，熔渣流动性良好，脱渣容易，熔深适中，飞溅少，焊波整齐。这类焊条适用于全位置焊接，焊接电源为交流或直流正、反接。③铁矿型：熔渣流动性良好，电弧稍强，熔深较深，熔渣覆盖良好，脱渣容易，飞溅-般，焊波整齐，适用于全位置焊接。焊接电源为交流或直流正、反接。④氧化铁型：电弧吹力大，熔深较深，电弧稳定，再引弧容易，熔化速度快，熔渣覆盖好，脱渣性好，焊缝致密，略带凹度，飞溅稍大。

焊接电源为交流或直流正接。⑤高纤维素钠型和高纤维素钾型：电弧吹力大，熔深较深，熔化速度快，

熔渣少，脱渣容易，飞溅一般，通常限制采用大电流焊接。这类焊条适用于全位置焊接，焊接电流为直流反接。⑥低氢钠和低氢钾型：熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸，熔深适中，脱渣性较好，焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊。这类焊条可全位置焊接，焊接电源为直流反接。⑦石墨型：焊接工艺性能较差，飞溅较多，烟雾较大，熔渣极少。这种焊条只适用于平焊工作。采用有色金属芯的石墨型药皮焊条，一-般焊接工艺性能较好，飞溅极少，熔深较浅，熔渣少，适用于全位置焊接。石量型药皮焊条引弧容易，药皮强度较差。⑧盐基型：由于药皮吸潮性较强，焊条使用前必须烘干。焊条的工艺性能较差，井有熔点低，熔化速度快的特点。焊接时要求电弧很短。熔渣具有一定的腐蚀性，

要求焊后仔细清除干净。焊接电源为直流反接。3）焊条的分类焊条可分为以下几类：①碳钢焊条。主要用于强度等级较低的低碳钢和低合金钢的焊接。②低合金钢焊条。主要用于低合金高强度钢、含合金元素较低的钼和铬钼耐热钢及低温钢的焊接。③不锈钢焊条。主要用于含合金元素较高的钼和铬钼耐热钢及各类不锈钢的焊接。④堆焊焊条。用于金属表面层堆焊，其熔敷金属在常温或高温中具有较好的耐磨性和耐蚀性。⑤铸铁焊条。专用于铸铁的焊接或焊补。⑥镍及镍合金焊条。用于镍及镍合金的焊接、焊补或堆焊。其中某些焊条可用于铸铁焊补及异种金属的焊接。⑦铜及铜合金焊条。用于铜及铜合金的焊接、焊补或堆焊。其中某些焊条可用于铸铁焊补或异种金属的焊接。⑧铝及铝合金焊条。用于铝及铝合金的焊接、焊补或堆焊。⑨特殊用途焊条。指用于水下焊接、切割的焊条及管状焊条、高硫堆焊焊条、铁锰焊条等。4.焊接工艺参数的选择焊条电弧焊的焊接工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率，因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。1）焊条直径焊条直径是指焊芯直径，它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径一般根据焊件厚度选择，同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要结构还要考虑焊接热输人的要求。在一般情况下，焊条直径与焊件厚度之间关系的参考数据见表4-9。在板厚相同的条件下，平焊位置的焊接所选用的焊条直径应比其他位置大一些，立焊、横焊和仰焊应选用较细的焊条，一般不超过4.0mm。第一层焊道应选用小直径焊条焊接，以后各层可以根据焊件厚度选用较大直径的焊条。T形接头、搭接接头都应选用较大直径的焊条。2）焊接电源种类和极性的选择用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流电源焊接时，电源稳定、柔顺，飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，通常必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时，也常用直流弧焊电源，因为引弧比较容易，电弧比较稳定。低氢型焊条用直流电源焊接时，一般要用反接，因为反接的电弧比正接稳定。焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳，因为焊接薄板时，不论用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接。3）焊接电流的选择选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。如果焊接电流过小会使电弧不稳，造成未焊透、夹渣以及焊缝成形不良等缺陷。反之，焊接电流过大易产生咬边、焊穿，增加焊件变形和金属飞溅量，也会使焊接接头的组装由于过热而发生变化。所以，焊接时要合理选择焊接电流。对于一定直径的焊条有一个合适的焊接电流范围，可参考表4-10所示。焊接位置不同，电流也不一样。平焊最大，横焊次之，仰焊第三，立焊最小。在相同条件的情况下，碱性焊条使用的焊接电流般比酸性焊条小

10%左右，否则焊缝中易生气孔。总之，在保证不焊穿和成形良好的条件下，应尽量采用较大的焊接电流，并适当提高焊接速度，以提高焊接生产率。4）焊缝层数的选择在焊件厚度较大时，往往需要进行多层焊。对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢的多层焊时，每层焊缝厚度过大时，对焊缝金属的塑性(主要表现在冷弯上)有不利影响。因此，对质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不大于4~5mm。焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定，可下式近似估算：5）电弧电压与焊接速度的控制焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧长度越大，电弧电压越高；电弧长度越短，电弧电压越低。在焊接过程中，应尽量使用短弧焊接。立焊、仰焊时弧长应比平焊更短些，以利于熔滴过波，防止熔化金属下滴。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短一些，

以利于电弧的稳定和防止气孔产生。焊接过程中，

焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透，又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。如果焊接速度过快，熔化温度不够，易造成未熔合、焊缝成形不良等缺陷；如果焊接速度过慢，则高温停留时间增长，热影响区宽度增加，易使焊接接头的晶粒变粗，力学性降低，同时使焊件变形量增大，当焊接较薄焊件时，易形成烧穿。焊接速度直接影响焊接生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以提高焊接生产率。焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的焊接参数，如降低焊接电流、增大焊接速度等，都可以减小热影响区的尺寸。不仅如此，从防止过热组织和晶粒细化角度看，也是采用小参数比较好。【提问】

1.焊条电弧焊的基本原理?

2.焊条的基本知识？【布置作业】焊条电弧焊的工艺参数选择？【总结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术1单元19授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务五CO2气体保护焊教学目标知识目标：掌握CO2气体保护焊的工作原理；了解CO2气体保护焊的特点能力目标：能正确使用CO2气体保护焊焊接设备素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：CO2气体保护焊的工作原理难点：正确使用CO2气体保护焊焊接设备教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记教案用纸No授课内容备注任务五CO2气体保护焊【复习】1.焊条电弧焊的定义、焊接原理？2.焊条焊接工艺参数的选择？【导入】

基本的焊接方法通常分为3大类，即熔焊、压焊及钎焊，每一大类又可按焊接热源及其他明显特点分为若干种。按照采用的电极分，电弧焊分为熔化极和非熔化极二类，其中熔化极电弧焊是利用金属焊丝（或焊条）作电极同时熔化填充焊缝的电弧焊方法，它包括焊条电弧焊、埋弧焊、CO2焊等。非熔化极电弧焊是利用不熔化电极（如钨棒、炭棒）进行焊接的电弧焊，它包括TIG焊、等离子弧焊等方法。部分术语解释如下：1）MIG焊：金属极（熔化极）惰性气体保护焊。2）TIG焊：钨极（非熔化极）惰性气体保护焊。3）MAG焊：金属极（熔化极）活性气体保护焊。4）CO2焊：二氧化碳气体保护焊（简称CO2焊）。在焊接过程中将工件接口处加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法，称为熔化焊。进行熔化焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，先熔化的部分冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。熔化焊也有多种不同的焊接方式，其中由于CO2气体保护焊、混合气体保护焊(MAG焊)的特点（表4-11）非常明显，因此是众多熔化焊接方式中在车身焊接工艺中用得最多的。【讲授新课】一、CO2气体保护焊的工作原理CO2气体保护焊是一种熔化极气体保护的电弧焊接，它利用焊丝与工件问产生的电弧热熔化填充料及工件接口处的金属，采用CO2气体作为保护气体，金属焊丝作为填充料。焊丝盘上的焊丝被送丝辊轮送入导电嘴，到达焊接区后在焊丝与被焊工件引燃电弧，气瓶中的CO2气体经预热、干燥和减压后以一定的流量从喷嘴流出，将电弧和熔池与大气隔离开，以防止熔池中的金属与空气中的氧气发生反应生成有害的金属氧化物而影响焊缝的强度。焊丝在高温电弧的作用下不断地熔化并过渡到熔池，从而形成连续的良好的金属焊缝。CO2气体保护焊机的结构如图4-48所示。图4-48

CO2气体保护焊工作原理二、CO2气体保护焊的特点1）焊接成本低。CO2气体是酿造厂和化工厂的副产品，来源广、价格低，其综合成本约是焊条电弧焊的1/2。2）生产效率高。CO2焊可使用较大的电流密度(200A/mm2

左右)，比焊条电弧焊(10~20A/mm2左右)的高得多，因此熔深比焊条电弧焊的高2.2~3.8倍，焊接10mm以下的钢板时可以不开坡口，对于厚板可以减少坡口加大钝边进行焊接，同时具有焊丝熔化快，不用清理焊渣等优点，效率比焊条电弧焊可提高2.5~4倍。3）焊后变形小。CO2焊的电弧热量集中，加热面积小，CO2气流有冷却作用，因此焊件焊后变形小，特别是薄板的焊接更为突出。4）抗锈能力强。CO2焊和埋弧焊相比，具有较高的抗锈能力，所以焊前对焊件表面的清洁工作要求不高，可以节省生产中大量的辅助时间。5）缺点。由于CO2气体本身具有较强的氧化性，因此在焊接过程中会引起合金元素烧损，产生气孔和引起较强的飞溅。特别是飞溅问题，虽然从焊接电源、焊丝材料和焊接工艺上采取了一定的措施，但至今未能完全解决，这是CO2焊的明显不足之处，与焊条电弧焊相比也存在成形不够美观、抗风能力差、设备较复杂等问题。三、CO2气体保护焊焊接设备1.设备构成CO2焊焊机是焊装车间使用较多的设备之一，其生产示意图如图4-49所示。焊机按结构主要分为三大部分：电源部分、送丝机部分和工作部分，如图4-50所示。图4-49

CO2焊焊机结构示意图（1）电源部分。CO2焊焊机的电源部分主要是一台变压器，它具有将380V的高压电转变为36V安全电压的功能。（2）送丝机部分。送丝机主要由一台送丝电动机组成，两个送丝轮相互压紧，焊丝被压在两个送丝轮之间，当送丝电动机带动送丝轮转动时，焊丝就被送丝轮强行带动，完成自动送丝过程。送丝机部分还有两个调节手柄，用于调节所需的电流和电压。（3）工作部分。CO2焊焊机的工作部分主要是电缆(通气、通焊丝)和焊枪。通气电缆不仅通电，而且通气。焊枪是直接用于生产操作的工具，通过焊枪将最终需要被焊接的焊件焊接起来。焊枪内部结构如图4-51所示。图4-51

焊枪结构2.工作路线焊接工作时的线路有两条：电路和气路。（1）电路。首先是380V的电压通过一次电缆进入电源部分后，然后再经过二次电缆到达焊枪，在焊接时就与地线形成了一条焊接回路。（2）气路。CO2气瓶内气体送入管道，然后管路里的高压CO2气体到达每个工位的用气点，每个工位的用气点都有一个气体调压阀，根据需要调节气体流量的大小，再通过软管进入电缆随焊枪焊接时喷射出来，在焊接区形成气体保护层，保证焊接熔池不产生氧化层。四、CO2气体保护焊焊接质量的影响因素合理地选择焊接参数是保证焊接质量、提高效率的重要条件。CO2气体保护焊的焊接参数主要包括:焊接电流、焊接电压、焊丝直径、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、焊枪倾角、喷嘴高度等。下面分别介绍每个焊接参数对焊缝成形的影响及选择原则。

1.焊丝直径焊丝直径应根据焊件厚度、焊接位置及生产率的要求来选择。焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊时，多采用1.6mm以下的焊丝；在平焊位置焊接中厚板时，可以采用直径1.2mm以上的焊丝。焊丝直径的选择见表4-12。2.焊接电流焊接电流是重要的焊接参数之一，应根据焊件厚度、材质、焊丝直径、施焊位置及熔滴过渡形式来确定焊接电流的大小。通常用直径为0.8~1.6mm的焊丝。当短路过渡时，焊接电流在50~230A内选择；在颗粒状过渡时，焊接电流可在250~500A选择。焊丝直径与焊接电流的关系见表4-13。通常随着焊接电流的增大，熔深显著地增加，而熔宽略有增加。但应注意:当焊接电流过大时，容易引起烧穿、焊漏和产生裂纹等缺陷，且焊件的变形大，焊接过程中飞溅很大；而当焊接电流过小时，容易产生未焊透、未熔合和夹渣以及焊缝成形不良等缺陷。在保证焊透、成形良好的条件下，尽可能地采用大电流，以提高生产率。焊接电流一旦确定，CO2气体保护焊焊机的送丝速度亦随之确定。焊机送丝速度随焊接电流的变化规律如图4-52所示。只有保证送丝速度与焊接电压对焊丝的熔化能力一致，才能保证电弧长度的稳定，这就是CO2气体保护焊焊机的焊接电流必须与焊接电压相匹配的原因。

图4-52

送丝速度随焊接电流的变化规律3.电弧电压焊接电孤电压的变化影响焊接电弧的长短，从而决定熔宽的大小。一般随电弧电压的增大，熔宽增大，而熔深略有减小。为了保证焊缝成形良好，电源电压必须与焊接电流配合选取。通常在焊接电流小时，电孤电压较低:焊接电流大时，电弧电压较高。通常在短路过渡时，电弧电压为16~24V；在细颗粒过渡时，电弧电压为25~45V。但应注意：电弧电压必须与焊接电流配合适当，电源电压过高或过低都会影响电源的稳定性，使飞溅增大。

4.焊接速度

在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压的条件下，焊接速度增加，将使焊缝宽度和度过快容易产生咬边、未焊透及未熔合等缺陷，且气体保护效果变差，可能出现气孔:若速度过慢，则使焊接生产率降低，烬接接头品粒相大，焊接变形增大，焊缝成形差。一般CO2半自动焊的焊接速度为15-40mh。

5.焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是指导电嘴端部到焊件的距离，而保持焊丝伸出长度不变是保证焊接过程稳定的基本条件之一，它主要取决于焊丝直径，一般约为焊丝直径的10-12倍。当焊丝伸出长度过大时，容易发生过热而成段熔断，使气体保护效果变差，飞溅严重，焊接过程不稳定；焊丝伸出长度过小则会缩短喷嘴与焊件的距离，飞溅金属容易堵塞喷嘴，影响气体保护效果，且阻挡焊工视线。对于不同直径、不同材料的焊丝，允许的焊丝伸出长度不同。焊接时可参考表4-14选择。

6.气体流量CO2气体流量应根据对焊接区的保护效果来选取。焊接电流、电弧电压、焊接速度、接头形式及作业条件对流量都有影响。其流量过大过小都会影响气体保护效果，容易产生焊接缺陷。通常焊接电流在200A以下时，气体流量约为10~15L/min；焊接电流大于200A时，气体流量约为15~25L/min。

7.电源极性CO2气体保护焊一般采用直流反接。直流反接具有电弧稳定性好、飞溅小及熔深大等特点。在粗丝大电流焊接时，也可采用直流正接。此时，焊接过程稳定，焊丝熔化速度快、熔深浅、堆高大，主要用于堆焊及铸铁补焊。

8.焊枪的倾角焊枪的倾角也是不可忽视的因素。当焊枪倾角小于10o时，不论是前倾还是后倾，对焊接过程及焊缝成形都没有明显的影响；但倾角过大(如前倾角大于25%)时，将增加熔宽并减小熔深，还会增加飞溅。

9.回路电感

焊接回路的电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择，不同直径焊丝的合适电感值也不同。通常电感值随焊丝直径增大而增加，并可通过试焊的方法来判断。若焊接过程稳定，飞溅很少，则说明电感值是合适的。

10.喷嘴与焊件间的距离喷嘴与焊件间的距离是根据焊接电流来选择的。焊接电流越大，它们之间的距离就越大。一般当焊接电流小于200A时，喷嘴与焊件间的距离为10~15mm。五、焊接设备的维护与故障排除1.CO2气体保护焊机的维护保养（1）要经常注意送丝软管的工作情况，以防被污垢堵塞。（2）应经常检查导电嘴的磨损情况，及时更换磨损大的导电嘴，以免影响焊丝导向及焊接电流的稳定性。（3）要及时清除喷嘴上的金属飞溅物。（4）及时更换已磨损的送丝滚轮。（5）定期检查送丝装置、减速箱的润滑情况，及时加添或更换新的润滑油。（6）经常检查电气接头、气管等连接情况，及时发现问题并加以处理。（7）定期以干燥压缩空气清洁焊机。（8）定期更换干燥剂。（9）当焊机长时间不用时，应将焊丝自软管中退出，以免日久生锈。2.CO2气体保护焊机的常见故障及排除方法CO2气体保护焊焊机出现故障，有时可直观地发现，有时必须通过测试的方法发现。其故障的排除步骤一般为：从故障发生部位开始，逐级向前检查整个系统，或相互有影的系统、部位，还可以从易出现问题的、经常易损坏的部位着手检查。CO2气体保护焊焊机的常见故障及排除方法见表4-15。表4-15

CO2气体保护焊焊机的常见故障及排除方法【提问】

1.CO2气体保护焊的工作原理?

2.CO2气体保护焊的特点？【布置作业】概述CO2气体保护焊焊接设备？【总结】授课方案授课教师课程名称汽车制造工艺技术1单元20授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务六MIG焊、MAG焊、TIG焊教学目标知识目标：掌握MIG焊、MAG焊、TIG焊工作原理；掌握MIG焊设备结构组成；了解TIG焊焊接设备能力目标：能正确使用MIG焊、MAG焊、TIG焊焊接设备素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：MIG焊、MAG焊、TIG焊工作原理难点：正确使用MIG焊、MAG焊、TIG焊焊接设备教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记教案用纸No授课内容备注任务六MIG焊、MAG焊、TIG焊【复习】1.CO2气体保护焊的工作原理？2.CO2气体保护焊焊接设备结构组成？3.CO2气体保护焊焊接质量影响因素？【导入】

MIG是英文字母MetalInertGas

Welding的缩写，中文意思是熔化极惰性气体保护焊，保护气体主要有氩气(Ar)或氦气(He)。其特点是：保护气体不与液态金属发生冶金反应，只起隔绝空气作用，所以电弧燃烧稳定，熔滴过渡平稳、安定，无激烈飞溅，最适于铝、铜、钛等有色金属的焊接，也可用于钢材，如不锈钢、耐热钢等的焊接。在汽车车身焊装工艺中，主要用于车身顶盖后部两侧接缝处的焊接，其焊接方法与混合气体保护焊相同。【讲授新课】一、MIG焊的基本原理MIG焊是利用外加的惰性气体（Ar、He）作为电弧介质、利用焊丝作熔化电极的电弧焊。二、MIG焊的特点（1）惰性气体不与熔化金属产生冶金反应，在良好保护条件下可以防止周围空气的混入，避免氧化和氮化；

（2）焊接电弧状态稳定，熔滴过渡平稳，飞溅少；

（3）焊丝和电弧的电流密度大，焊丝熔化速度快，熔敷效率高，熔深大且变形较小；

（4）氩气保护、直流反极性焊接铝及铝合金，对母材表面的氧化膜有良好的阴极雾化清理作用，焊接效率高。三、MIG焊的应用四、MIG焊设备设备组成包括：电源及控制系统、焊枪及送丝机构、行走机构（自动焊）、供气（水冷）装置等；曾经有专用的MIG焊机，但现今多为MIG/MAG/CO2焊通用焊机，统称熔化极气体保护焊设备。1.焊接电源熔化极气保护焊电源通常分细丝和粗丝用。细丝用为平外特性配等速送丝机构；粗丝用为陡降外特性配变速送丝机构。逆变式电源是当今的主流。2、焊枪熔化极气保护焊的焊枪为通用结构，其中有导电嘴、气体通道等。

3.送丝机构五、MAG焊的基本原理熔化极活性气体保护电弧(MetalActiveGas，MAG)焊是采用在情性气体中加入一定量的活性气体，如O2作为保护气体的一种熔化极气体保护电孤焊方法。五、MAG焊的特点

采用活性混合气体作为保护气体具有下列特点。

①提高熔滴过度的稳定性，

②稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性。

③改善焊缝熔深形状及外观成形。

④增大电弧的热功率。

⑤控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷。

⑥降低焊接成本。

某一种成分的活性混合气体，并不一定具有上述全部作用，但在某些情况下可以兼有其中的若干作用。MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，可用于各种位置的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。六.MAG焊常用活性混合气体及其适用范围①Ar+O2。Ar中加入O2的活性气体可用于碳钢、不锈钢等高合金钢和高强钢的焊接。其最大的优点是克服了纯Ar保护焊接不锈钢时存在的液体金属黏度大、表面张力大而易产生气孔，焊缝金属润湿性差而易引起咬边，阴极斑点飘移而产生电弧不稳等问题。焊接不锈钢等高合金钢及强度级别较高的高强钢时，O2的含量应控制在1%~5%。焊接碳钢和低合金结构钢时，Ar中加入O2的含量(体积)可达20%。②Ar+CO2。这种气体被用来焊接低碳钢和低合金钢，常用的混合比为Ar80%+CO220%。它既具有Ar弧电弧稳定、飞溅小、容易获得轴向喷射过渡的优点，又具有氧化性。它克服了氩气焊接时表面张力大、液体金属黏稠、阴极斑点易飘移等问题，同时对焊缝蘑菇形熔深有所改善。混合气体中随CO2含量的增大，氧化性也增大，为了获得较高韧性的焊缝金属，应配用含脱氧元素成分较高的焊丝。

③Ar+CO2+O2。Ar80%+CO215%+O25%混合气体在焊接低碳钢、低合金钢时，无论焊缝成形、接头质量以及金属熔滴过渡和电弧稳定性方面都比上这两种混合气体要好。图4-53所示为用3种不同气体焊接时焊缝剖面形状体焊接时的焊缝断面形状示意图，可见用Ar+CO2+O2混合气体时焊缝形状最理想。七.TIG焊钨极惰性气体保护焊(TungstenInertGasWeiding，TIG

焊)，是以高熔点的纯钨或钨合金作电极，用情性气体(氩气、氦气)或其混合气体作保护气的种非熔化极电弧焊方法。目前，TIG焊广泛航空航天、原子能、化工、纺织、锅炉、压力容器、医疗器械及炊具等工业部门的生产中。TIG焊几乎可以焊接所有的金属及合金。但从经济性及生产率考虑，TIG焊主要用于焊接不锈钢、高温合金和铝、镁、铜、钛等金属及其合金，以及难熔金属(如锆、钥、铌)与异种金属。对于低熔点和易蒸发金属(

如铅、锡、锌等)，焊接较困难。由于受承载能力的限制，TIG焊一般适宜于焊接薄件，钨极氩弧焊焊接厚度小于6mm的构件，钨极氦弧焊的焊接板厚可适当大些。因此非常适合汽车板材的焊接，特别是一些有色金属的焊接。1.TIG焊的基本原理TIG焊是在情性气体的保护下，利用钨极和工件之间产生的焊接电弧熔化母