第2章：凸焊和缝焊

1、第2章 凸焊和缝焊,一、凸焊 1.凸焊基本原理 定义： 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。,第2章 凸焊和缝焊,凸焊有如下基本特点： 1) 凸焊与点焊一样是热机械（力）联合作用的焊接过程。相比较而言，其机械（力）的作用和影响要大于点焊，如对加压机构的随动性要求、对接头形成过程的影响等。 2) 在同一个焊接循环内，可高质量的焊接多个焊点，而焊点的布置亦不必像点焊那样受到点距的严格限制。 3) 由于电流在凸点处密集，可用较小的电流焊接而获得可靠的熔核和较浅的压痕，尤其适合镀层板焊接的要求。 4) 需预制凸点

2、、凸环等，增加了凸焊成本，有时还会受到焊件结构的制约。,第2章 凸焊和缝焊,1.1凸焊基本类型 :根据凸焊接头的结构形式，将凸焊方法分类见表1，类型实例如图1所示。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,1.2凸焊接头形成过程 凸焊接头也是在热机械（力）联合作用下形成的。凸点的存在不仅改变了电流场和温度场的形态，而且在凸点压溃过程中使焊接区产生很大的塑性变形，上述情况对获得优质接头有利。 凸焊过程比点焊过程复杂和有其自身特点，凸焊焊接循环，由预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段组成，如图2所示。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,1. 预压阶段 在电极压力作用下凸点产生变形，压力达到预

3、定值后，凸点高度均下降1/2以上（S1）。因此，凸点与下板贴合面增大，不仅使焊接区的导电通路面积稳定，同时也更好的破坏了贴合面上的氧化膜，造成比点焊时更为良好的物理接触（图2b ）。,第2章 凸焊和缝焊,2. 通电加热阶段 两个过程：凸点压溃过程；成核过程 电流将集中流过凸点贴合面，当采用预热（或缓升）电流和直流焊接时，压溃较为缓慢，在此程序时间内凸点并未完全压平（图2b ）；焊接电流继续接通，凸点被彻底压平（图2b ）。 凸点压溃后形成加热区，接触点的熔化扩大，形成熔化核心和塑性区（图2）。同时金属体积膨胀，将电极向上推移S4，电极压力曲线升高。 3.冷却结晶阶段 过程与点焊熔核的结晶过程基

4、本相同。,第2章 凸焊和缝焊,1.3凸焊接头的结合特点 熔化连接:单点/多点凸焊、线材交叉焊 固相连接:环焊、T形焊和滚凸焊 固相连接原因：零件自身特点，采用软规范。电流密度减小、散热增加，焊接区温度比熔点低。 凸点在焊接过程中的迅速压溃、消失，焊接区塑性变形很大，氧化膜易于破碎挤出，变形也促进了再结晶，使晶界转移完善及获得热锻性的细晶粒区，显著提高了连接强度，。,第2章 凸焊和缝焊,2.凸焊一般工艺特点 2.1凸焊工艺特点 单点凸焊工艺优于点焊，表面清理低。 多点凸焊和环焊等，应注意： 1) 焊前表面必须认真清理。 2) 各凸点或凸环沿圆周高度必须均匀一致。 3) 电极随动性必须良好，以防止

5、初期喷溅。 4) 必须防止凸点移位（图3）。 5) 环焊密封性在批量生产中较难保证，需在凸环结构设计、焊接夹具、焊机等方面采取措施。,第2章 凸焊和缝焊,上述问题不仅仅调整焊接参数就能解决，而是要在焊接条件上采取措施，如凸焊接头结构合理性、凸焊电极（如可转动自平衡电极等）、凸焊模具和夹具，以及采用带预热脉冲的控制器，直至采用高精度的直流焊机和滚动摩擦加压机构等。,第2章 凸焊和缝焊,2.2凸点设计 凸点搭接接头的设计与点焊相似。通常其搭接量比点焊小，且凸点间距没有严格限制。 当一个工件表面质量要求较高时，凸点应冲在另一工件上。 为保证凸点有一定刚度，一般情况下凸点应冲制在其中较厚的板面上。 注

6、意，不同资料给出的凸点尺寸差别大，应作实验修正。,第2章 凸焊和缝焊,常用凸点形状：见（图4） 圆球形和圆锥形应用最广，后一种可提高凸点刚度，预防凸点过早压溃，还可以减小因焊接电流密度过大而引发初期喷溅。 带溢出环形槽的凸点，可防止压塌的凸点金属挤在加热不良的周围间隙内而引起电流密度的降低，造成焊不透。凸点尺寸见表2；带凸点的螺母及其上凸点尺寸见表3和图5。,第2章 凸焊和缝焊,表2 凸焊的凸点尺寸,（单位：mm）,第2章 凸焊和缝焊,带凸点的螺母形状,第2章 凸焊和缝焊,2.3凸焊焊接参数选择 凸点形状、尺寸确定后，焊接电流I、焊接时间t及电极压力Fw等参数对接头质量均有影响，其影响规律与点

7、焊时相似。,第2章 凸焊和缝焊,电极压力Fw对接头拉剪载荷的影响比点焊时要严重（图6）。 若电极压力过小，将使通电前凸点预变形量太小，凸点贴合面电流密度显著增大，造成严重喷溅、甚至烧穿； 电极压力过大将使通电前凸点预变形量太大，失去凸焊意义。,图 6凸焊接头拉剪载荷与电极压力关系,焊接电流波形、压力变化曲线及焊机加压系统的随动性也都对凸焊质量有重要影响。,第2章 凸焊和缝焊,3.常见金属材料的凸焊 3.1低碳钢的凸焊 低碳钢凸焊应用最广，凸点形状为圆球形或圆锥形，凸点通常在厚板。焊接参数选择见表2-4-2-8 p59,第2章 凸焊和缝焊,螺母凸焊实例： 东风专用汽车有限公司，DTN-125型螺

8、母凸焊焊机 主要现象是：达不到技术要求的扭矩，造成螺母脱焊；电流、压力过大造成螺母变形，无法装配等,图7 D(T)N系列 固定式点凸焊机,图8SUN2002系列 微机电阻焊机控制箱,图9凸焊M8螺母 的电极与磁头,第2章 凸焊和缝焊,材料：牌号为Q235A的3mm冷轧钢板；M6方形螺母,图10焊接母材与M6方形螺母,表面处理：使用的就是化学清理法“酸洗”。,第2章 凸焊和缝焊,最佳工艺参数：焊接电流 12.4KA ； 电极压力3.8KN ；焊接时间 0.18s； 加压时间0.38s ；预压时间0.34s。,图12扭矩扳手,焊后检查：用扭矩扳手，扭矩400kgfmm合格,第2章 凸焊和缝焊,焊缝

9、组织：晶粒细小的铁素体+珠光体组织。,图13焊缝金相组织,第2章 凸焊和缝焊,二.缝焊 概述 缝焊定义：缝焊是用一对滚盘电极代替点焊的圆柱形电极，与工件作相对运动，从而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝的焊接方法。（对接或搭接接头） 缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱，以及喷气发动机、火箭、导弹中密封容器的薄板焊接。（被焊材料厚度通常在0.10.5mm）,缝焊基本特点： 1）缝焊与点焊一样是热机械（力）联合作用的焊接过程，机械力的作用在焊接过程中不充分。 2）缝焊焊缝是由相互搭界一部分的焊点组成，因此缝焊分流大，对高电导率的合金不适用。 3）电极表面易发生粘粘使焊缝质量变坏。 4

10、）缝焊焊缝的截面积通常是母材纵截面积的2倍以上，板越薄这比值越大。因此缝焊主要要求具有良好的密闭性和耐蚀性。,第2章 凸焊和缝焊,缝焊电极 缝焊用的电极是圆形的滚盘，滚盘的直径一般为50-600mm，常用的直径为180-250mm。滚盘厚度为10-20mm。接触表面形状有圆柱面和球面两种，个别情况下采用圆锥面。接触表面宽度H视工件厚度不同为3-10mm，球面半径R为25-200mm。圆柱面滚盘广泛用于焊接各种钢和高温合金，球面滚盘因易于散热、压痕过渡均匀，常用于轻合金的焊接。 滚盘通常采用外部冷却方式。焊接有色金属和不锈钢时，用清洁的自来水即可，焊接一般钢时，为防止生锈，常用含5%硼砂的水溶液

11、冷却。滚盘有时也采用内部循环水冷却，特别是焊接铝合金的焊机，但其构造要复杂得多。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,1.缝焊基本原理 1.1缝焊的分类与应用 根据滚盘电极旋转（焊件移动）与焊接电流通过（通电）的机电配合方式分三类：连续缝焊、断续缝焊、步进缝焊。 按接头型式分，缝焊可分为搭接缝焊、压平缝焊、圆周焊缝、垫箔对接缝焊、铜线缝焊等。,1）连续缝焊时，滚盘连续转动，电流不断通过工件。这种方法易使工件表面过热，电极磨损严重，因而很少使用。但在高速缝焊时（4-15m/min）50Hz交流电的每半周将形成一个焊点，交流电过零时相当于休止时间，这又近似于下述的断续缝焊，因而在制缸、制桶工业

12、中获得应用。,图1：连续缝焊,第2章 凸焊和缝焊,2）断续缝焊时，滚盘连续转动，电流断续通过工件，形成的焊缝由彼此搭接的熔核组成。由于电流断续通过，在休止时间内，滚盘和工件得以冷却，因而可以提高滚盘寿命、减小热影响区宽度和工件变形，获得较优的焊接质量。这种方法已被广泛应用于1.5mm以下的各种钢、高温合金和钛合金的缝焊。,图2：断续缝焊,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,断续缝焊时，由于滚盘不断离开焊接区，熔核在压力减小的情况下结晶，因此很容易产生表面过热、缩孔和裂纹（如在焊接高温合金时）。尽管在焊点搭叠量超过熔核长度50%时，后一点的熔化金属可以填充前一点的缩孔，但最后一点的缩孔是难以

13、避免的。不过目前国内研制的微机控制箱，能够在焊缝收尾部分逐点减少焊接电流，从而解决了这一难题。,3）步进缝焊时，滚盘断续转动，电流在工件不动时通过工件，由于金属的熔化和结晶均在滚盘不动时进行，改善了散热和压固条件，因而可以更有效地提高焊接质量，延长滚盘寿命。这种方法多于铝、镁合金的缝焊。用于缝接高温合金，也能有效地提高焊接质量，但因国内这种类型的交流焊机很少，因而未获应用。,图3：步进缝焊,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,当焊接硬铝，以及厚度为4+4mm以上的各种金属时，必须采用步进缝焊，以便形成每一个焊点时都能像点焊一样施加锻压力，或同时采用暖冷脉冲。但后一种情况很少使用。,4）搭接

14、缝焊方法 搭接缝焊同点焊一样，搭接接头可用一对滚盘或用一个滚盘和一根芯轴电极进行缝焊。接头的最小搭接量与点焊相同。 搭接缝焊除常用的双面双缝缝焊外，还有单面单缝缝焊、单面双缝缝焊和小直径圆周缝焊等。,图4：搭接缝焊一 a)单面单缝 b)单面双缝 c)双面双缝,第2章 凸焊和缝焊,小直径圆周缝焊可采用: 1、偏离加压轴线的滚盘电极；2、横向缝焊机上附加一定位装置；3、采用环形电极，电极的工件表面呈锥形，锥尖必须落在小直径圆周焊缝中心，以消除电极在工件上的滑移。,图5：搭接缝焊二小直径圆周焊缝 1导电母线；2环行电极,第2章 凸焊和缝焊,5）压平缝焊 压平缝焊时的搭接量比一般缝焊时要小得多，约为板

15、厚的1-1.5倍，焊接时同时压平接头，焊后的接头厚度为板厚的1.2-1.5倍。通常采用圆柱形面的滚盘，其宽度应全部覆盖接头的搭接部分。焊接时要使用较大的焊接压力和连续的电流。为了获得稳定的焊接质量，必须精确地控制搭接量。通常要将工件牢固夹紧或用定位焊预先固定。这种方法可以获得具有良好外观的焊缝，常用于低碳钢和不锈钢制成的食品容器和冷冻机衬套等产品的焊接。,图6：压平缝焊,第2章 凸焊和缝焊,6）垫箔对接缝焊 解决厚板缝焊的一种方法。因为当板厚达3mm时，若采用常规搭接缝焊，就必须用很慢的焊接速度，较大的焊接电流和电极压力，这会引起工件表面过热和电极粘附，使焊接困难。若用垫箔缝焊，就可以克服这些

16、困难。垫箔对接缝焊简单介绍：先将面板件边缘对接，并在接头通过滚盘时，不断地将两条箔带铺垫于滚盘和板件之间。箔带的厚度为0.2-0.3mm，宽度为4-6mm.由于箔带增加了焊接区的电阻，并使散热困难，因而有利于熔核的形成。这种方法的优点是：接头有较平缓的加强高；良好的外观；不管板厚如何箔带的厚度均相同；不易产生飞溅；焊接区变形小。其缺点是：对接精度要求高；焊接时必须有准备地将箔带铺垫于滚盘与工件间，增加了自动化的困难。,第二章 缝焊,图7：垫箔对接缝焊 1）箔带 ；2）导向嘴,第2章 凸焊和缝焊,7 ）. 铜线缝焊 （有时称铜线电极缝焊） 解决镀层钢板缝焊时，镀层粘着滚盘的有效方法。焊接时，将圆

17、铜线不断地送到滚盘与板件之间。铜线呈卷状连续输送，经过滚盘后又连续绕在另一绕线盘上。镀层仅粘附铜线上，而不会污染滚盘。,图8.铜线缝焊,虽然铜线用过后要报废。但镀层钢板、特别是镀锡钢板，还没有别的缝焊方法可以代替它。由于报废铜线的售价与铜线相差不多，所以焊接成本并不高。这种方法主要用于制造食品罐。,第2章 凸焊和缝焊,1.2缝焊接头形成过程 每一个焊点同样要经过预压、通电加热、和冷却结晶三个阶段，此三个阶段不如点焊时区分那么明显。 可以认为： 1）正被通电加热的金属，处于通电加热阶段。 2）即将被焊的邻近金属，处于预压阶段。 3）刚从滚轮下滚出的金属，处于冷却结晶阶段。 总结：同一时刻，滚轮下

18、及邻近区金属分别处于以上3个不同阶段，任一焊点通过滚轮都要经历这三个阶段。由于该过程是在动态下完成，预压和冷却结晶阶段的压力作用不够充分，故缝焊接头质量比点焊差，易产生裂纹和缩孔等缺陷。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,2.缝焊一般工艺 焊缝一般工艺： 缝焊工艺特点 缝焊接头的设计 缝焊参数选择 2.1.缝焊工艺特点 由于缝焊是在动态下完成缝焊接头的形成，所以应注意： 1）焊前焊件表面必须认真清理；滚轮电极必须经常修整，有时应使用专设的修整刀。 2）不等厚度和不同材料缝焊时，可采用与点焊类似的工艺措施，改善熔核偏移。 3）缝焊前必须使用点焊定位 4）长缝焊时要分段调节焊接参数和焊序,2

19、.2 缝焊接头的设计 1）缝焊的接头型式、搭边宽度与点焊类似（压平缝焊与垫箔对接缝焊的接头例外）。 2）滚盘不像点焊电极那样可以做成特殊形状，因此设计缝焊结构时，必须注意滚盘的可达性。 3）当焊接小曲率半径工件时，由于内侧滚盘半径的减小受到一定限制，必然会造成熔核向外侧偏移，甚至使内侧板件未焊透。为此应避免设计曲率半径过小的工件。如果在一个工件上既有平直部分，又有曲率半径很小的部分，如摩托车油箱那样。为了防止小曲率半径处的焊接未焊透，可以在焊到此部位时，增大焊接电流。这在微机控制的焊机上尤其容易实现。 4）推荐焊缝接头尺寸见表3-2（P67）,第2章 凸焊和缝焊,5)焊缝接头参数含义,参数：b

20、-搭边量（不包括R） c-焊缝的宽度 -薄件厚度 R-弯边圆角半径 l-焊缝长度,图9：缝焊接头参数规定 重叠量=l f=15%20%l时，可保证气密性 =40%50%l时，可获得最高强度,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,6）不同结构时的焊接困难程度及缝焊的代号 容器类缝焊，接头应尽量设计成便于缝焊的结构,图10：不同结构时的焊接困难程度（P68）,图11：焊缝代号（P68；此处n为焊缝数量）,第2章 凸焊和缝焊,2.3.缝焊参数选择 缝焊参数包括：电流I，电极压力Fw，脉冲时间t及间隔时间t0，焊接速度，滚轮电极端面尺寸H或R.,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,2.3.1焊接

21、电流 缝焊形成熔核所需的热量也是电流通过焊接区电阻产生的电阻热。在其他条件给定的情况下，焊接电流的大小决定了熔核的焊透率和重叠量。在焊接低碳钢时，熔核平均焊透率为钢板厚度的30-70%，以45-50%为最佳。为了获得气密缝焊熔核重叠量应不小于15-20%。,当I满足强度要求后，继续增大I只能增大熔核的焊透率和重迭量而不会提高接头强度，不经济。电流过大，还会产生压痕过深和焊接烧穿等缺陷。缝焊的焊接分流大，故焊接电流通常比点焊时增大20-60%。,图12：I与焊透率和重叠量关系 1-焊透率；2-重叠量,2.3.2.电极压力Fw 缝焊时压力作用不充分，故电极压力比点焊时增加20%50%。电极压力过高

22、会使压痕过深，同时会加速滚盘的变形和损耗。压力不足则易产生缩孔，并会因接触电阻过大易使滚盘烧损而缩短其使用寿命。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,图13：电极压力与熔核宽度的关系 图14：电极压力与焊透率的关系 1-16100A，2-18950A（符合RWMA规范），3-22050A，材料为10钢 注：熔核宽度增加引起点距加大，重叠量降低。,2.3.3脉冲时间t（焊接时间）及间隔时间t0（休止时间） 缝焊时，主要通过焊接时间控制熔核尺寸，通过间隔时间控制重叠量。在较低的焊接速度时，焊接与休止时间之比为1.25:1-2:1。当焊接速度增加时，焊点间距增加，此时要获得重叠量相同的焊缝，就必

23、须增大比例。为此，在较高焊接速度时，焊接与休止时间之比为3:1或更高。,第2章 凸焊和缝焊,图15：间隔时间与焊透率和重叠量之间的关系 1-焊透率；2-重叠量,第2章 凸焊和缝焊,2.3.4焊接速度v 焊接速度与被焊金属、板件厚度、以及对焊缝强度和质量的要求等有关。通常在焊接不锈钢、高温合金和有色金属时，为了避免飞溅和获得致密性高的焊缝，必须采用较低的焊接速度。有时还采用步进缝焊。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,焊接速度决定了滚盘与板件的接触面积、以及滚盘与加热部位的接触时间，因而影响了接头的加热和散热。当焊接速度增大时，为了获得足够的热量，必须增大焊接电流。过大的焊接电流会引起板件

24、表面烧损和电极粘附，因而即使采用外部水冷却，焊接速度也要受到限制。,图16：焊接速度与强度关系 1-23750A，2-25200A，3-26800A,材料为10钢,2.3.5滚轮电极端面尺寸H或R,图17：常用滚轮电极形式,H20mm，R=25200mm，上滚轮电极直径最好做到D250mm，使用后不小于150mm，端面尺寸变化H10%H， R15%R。滚轮直径小，接触面积减小，相当于焊接电流增大。,第2章 凸焊和缝焊,2.3.6缝焊参数选择要点 1）主要是根据被焊金属的性能、厚度、质量要求和设备条件来选择。通常可参考已有的推荐数据初步确定，在通过工艺试验加以修正。 2）滚盘尺寸多采用接触面宽度

25、为3-5mm。减小搭边尺寸，减轻结构重量，提高热量效率，减小焊机功率。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,3）不同厚度或不同材料缝焊时，熔核偏移的方向和纠正熔核偏移的方法也类似于点焊，可采用不同的滚盘直径（熔核将偏向小直径滚盘一边）和宽度，不同的滚盘材料，以及在滚盘与板件间加垫片等。 4）在不同厚度板件缝焊时，由于经过已焊好的焊缝区有显著的分流，可以减小熔核向厚件的偏移。但在厚度差较大时，薄件的焊透率仍然是不足的，必须采用上述纠正熔核偏移的措施。,3.1低碳钢的缝焊 低碳钢是焊接性最好的缝焊材料。低碳钢搭接缝焊根据使用目的和用途可采用高速、中速和低速三种方案。表1为低碳钢搭接缝焊的焊接条

26、件。手动移动工件时，对便于对准预定的焊缝位置，多采用中速。自动焊接时，如焊机的容量足够，可以采用高速或更高的速度。如焊机容量不够，不降低速度就不能保证足够大的熔宽和熔深时，就只能采用低速。表2和表3分别为连续通电的低碳钢压平缝焊和垫箔缝焊的焊接条件,3.常用金属材料的缝焊,第2章 凸焊和缝焊,表1：低碳钢高速缝焊的焊接条件,注：低碳钢中速焊接参数与低速焊接参数与之类似。 同一板厚对应有高速、中速、低速三种焊接参数，由实际生产状态确定,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,表2：连续通电的低碳钢压平缝焊的焊接条件,表3：连续通电的低碳钢垫箔缝焊的焊接条件,第2章 凸焊和缝焊,3.2淬火合金钢的

27、缝焊 可淬硬合金钢缝焊时，为消除淬火组织，也需要采用焊后回火的双脉冲加热方式。在焊接和回火时，工件应停止移动，即应在步进缝焊焊机上进行。如果缺少这种设备，只能在断续缝焊机上进行时，建议采用焊接时间较长，弱条件。下表是焊接地合金钢采用这种条件的推荐值。,第2章 凸焊和缝焊,第2章 凸焊和缝焊,表4：淬火合金钢缝焊的焊接条件,3.3镀锌钢板的缝焊 镀锌钢板缝焊时，应注意防止产生裂纹，破坏焊缝的气密性。裂纹产生的原因是残留在熔核内和扩散到热影响区的锌使接头脆化，受应力作用而引起的。防止裂纹的方法是正确选择工艺参数。试验证明，焊透率越小（10-26%），裂纹缺陷就越小。缝焊速度高时，散热条件差、表面过热、熔深大，则易产生裂纹。一般在保证熔核直径和接头强度的条件下，应尽量选用小电流、低焊速和强烈的外部水冷。