压力焊授课教案张忠典.ppt

电阻焊原理及工艺,主讲人哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室张忠典办公室电话：0451-86412942手机：,绪论,电阻焊定义：焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流流过焊接区所产生的电阻热加热工件，使要焊接部位达到局部熔化或高温塑性状态，通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。物理本质：利用焊接区金属本身的电阻热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焊点、焊缝或对接接头。分类：1.按接头形式和工艺特点分：点焊；缝焊；对焊。2.按电流分:交流、直流、脉冲优点：1）接头质量高；2）辅助工序少3）不需要填充材料4）生产效率高，易于实现自动化 缺点：1）无损检验困难；2）设备复杂，维修困难，一次性投资高。,第一章 电阻点焊的原理,第一节 概述,一、定义,焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。,二、特点,1。靠尺寸不大的熔核连接；2。在大电流、短时间的条件下焊接；3。在热和机械力联合作用下形成焊点。,三、分类,1。按焊接电流波形分,工频 50或60Hz,低频 310Hz,2.5kHz450kHz,交流,高频,脉冲,电容储能,直流冲击波,2。按工艺特点分,双面单点,单面双点,单面单点,四、对点焊质量的要求,1）熔核直径,或,板厚,2）焊透率,3）压痕,520%,1。熔核尺寸的几个基本概念,2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热循环极为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低。这时，尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。,1）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关；,2。对点焊质量的要求,第二节 点焊时的电阻及加热,一、点焊时的电阻,1。接触电阻,接触电阻形成原因示意图,1）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。,2)影响因素：,（1)表面状态,a)清理方法,b)存放时间,c)表面粗糙度,(2)压力,电极压力,接触电阻,“滞后”效应,(3)温度,等于,与,并联值,2.焊件内部电阻,1)几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积,电流场与电流密度分布 a)导线中 b)单块板中 c)点焊时 i一电流线 j一电流密度 jc一平均电流密度,预压时，电极压力的应力分布,焊点外观,电流场与电流密度分布 a)导线中 b)单块板中 c)点焊时 i一电流线 j一电流密度 jc一平均电流密度,2）边缘效应与绕流现象,边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。,原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积。,绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散的现象。,3）焊件内部电阻的近似计算,0 1 2 3 4 5 6,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,与不均匀加热程度有关，可在0.80.9范围内选取。硬规范点焊时，焊接区温度很不均匀，应选低值；软规范点焊时，则取高值。,3）影响因素：,综上所述，边缘效应、绕流现象，均使点焊时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接触面为底的圆柱体内，而要向外有所扩展，因而使悍件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。这些因素可归纳为；（1）金属材料的热物理性质（2）机械性能（3）点焊规范参数及特征（4）焊件厚度等。,3。焊接区的总电阻：,点焊过程中，焊件焊件和电极电极的接触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因此，引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强调的是，由于材料性能的不同，不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大。,1）低碳钢,在低碳钢的点焊过程中，焊接区动态阻的变化规律可以分为以下几个阶段：下降段t0t1：由于接触电阻的迅速降低及消失所造成。该阶段的主要特点是时间短，曲线呈陡降（例如，点焊1.21.2mm冷轧低碳钢板，该段时间约为(12周波)，焊接区金属未熔化但有明显加热痕迹。值得注意的是，当加热速度较快时，该阶段将难以观测到。,上升段t1t2：随着加热的进行，焊接区温度升高，金属电阻率 的增加很快由于焊接区金属基本处于固态，接触面增加缓慢，因而的增大起主要作用，曲线上升较快。经过一段时间加热后，焊接区温度已比较高，的增大速率减小，而焊接区导电面积增加较快，结果使动态电阻增加速率减缓,最终达到最大值。一般认为，接近峰值点时焊接区金属已局部熔化，开始形成熔核，达到温度稳定点。因为继续加热，金属将不断由固态变成液态，使熔核逐渐增大，但此时输入功率作为潜热消耗，焊点温度不再升高。,再次下降段t2t3：继续加热使熔化区及塑性环不断扩展，虽然金属由固相向液相转变时电阻率有突然的增大，但由于绕流现象，使得主要通过焊接电流的金属区域电阻率并没有明显增大。绕流现象使电极下的导电通路截面增大：另一方面，由于金属的明显软化使接触面积迅速增大，电流场的边缘效应减弱。结果均使得焊接区的电阻减小，曲线下降。,平稳段t3以后：由于电极与焊件接触面尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间，使焊件间间隙加大（板缝翘离），限制了熔核和导电面积的增大。同时，由于电流场和温度场均进入准稳态，熔核和塑性环尺寸也基本保持不变，动态电阻曲线将日趋平稳。,不同焊接电流时动态电阻曲线,2）不锈钢,二、点焊时的加热特点,1。电阻对点焊加热的影响,1）接触电阻：产热510%,作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用,2）内部电阻：9095%,作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。,2.电流场分布对点焊加热的影响,点焊时的电场,其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数，例如，80的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的80。,点焊时各典型截面的电流密度分布,1)集中加热,点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，其结果就使贴合面处产生了集中加热效果，而该处正是点焊时所需要连接的部位,2)塑性环,贴合面的边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现密封的塑性连接区，此密封环对保证熔核的正常生长，防止氧化和飞溅的产生有利。,3)不均匀的温度场,4。点焊的热平衡,熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量的1030%，其大小取决于金属热物理性质、熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。,由散热而损失的热量，占总产热量的7090%。散热途径：工件热传导，对流，辐射。最主要是电极散热，占3050%（铜电极水冷）其次是工件热传导20%,对流辐射占5%,与电极形状,材料物理性质,焊接规范均有关.,5.点焊热源的特点,1)电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。,2)内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度分布(例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温度低)，散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。,第二章 电阻点焊工艺,第一节 点焊过程分析,一、焊接循环,1。定义：在电阻焊接过程中，完成一个焊点或焊缝所需要的全部过程或全部阶段,2。点焊的基本焊接循环,F,I,加压,通电焊接,维持,休止,加压,F,I,3。复杂的点焊焊接循环,二、点焊接头形成过程,点焊接头形成的三个阶段,a)预压 b)、c)通电加热 d)冷却结晶,1。预压阶段,1）机电特点：，=,2）作用：减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点，为以后焊接电流顺利通过创造条件；此外，在压力作用下，金属挤向间隙所引起的塑性变形，有助于在熔核四周形成密封熔核的环带(密封环)。,预压时，电极压力的应力分布,2。通电加热阶段,1)机电特点：，,2)作用：在热和机械力联合作用下，形成塑性环和熔核，直到熔核长到所要求尺寸.,图(B)表示两板搭接点焊时焊核生长过程的情况。(a)表示开始导通电流的焊接初期，由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完全接触，电流的边缘效应也较强，因此接触面外侧的电流密度很高，这部分的温度首先上升。(b)表示又经过一段时间的状态，在外侧温度上升的地方，因电阻增加而温度继续上升，并开始产生一部份热影响区，而与电极相接触的表面则受到冷却。由于电流的边缘效应，处于母材接合面和电极接触面中间的区域，温度不能升高，因此形成象两个腰鼓对合起来的形状。(c)表示再经过一段短时间，开始形成焊核的状况。焊核中心区因热量很难散走而温度上升，而与电极接触的区域进一步被冷却，所以焊核成为四角形。(d)表示经过足够长的时间后的状况，由于中心区散热困难，而电极和板的周围却散热容易，所以焊核变成椭圆形。,这样的焊核生长过程，在单块板通电时就更容易理解。有人认为：点焊是利用接触面的接触电阻进行焊接的方法，不是两板重迭就不能形成焊核。但是，即使是单块板，只要增加电流，同样也能形成焊核。图(A)表示单块板通电时焊核的生长过程。起初，电极的正下方出现三角形的热影响区，随着通电时间的加长，两个热影响区合并成鼓形。继续加长通电时间就形成四方形焊核。,3.冷却结晶阶段,1)机电特点：，=,2)作用：保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，冷却结晶时间很短（一般周波），但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论.柱状晶：低碳钢，合金钢等 柱状晶+等轴晶：铝合金 等轴晶：镁合金,维持阶段的作用,1.保证熔核在压力状态下结晶,减少出现缩孔裂纹等组织缺陷的几率;,2.避免电极与工件“打火”,第二节 点焊规范参数及相关关系,一、规范参数（工艺参数）,1。焊接电流,AB段：曲线呈陡峭段。由于焊接电流小，使热源强度不足，不能形成熔核或熔核尺寸很小，焊点拉剪载荷较低且很不稳定。,BC段：曲线平稳上升。随着焊接电流的增加，内部热源产热量急剧增大，熔核尺寸稳定增大，拉剪载荷不断提高；临近C点，由于板间翘离限制了熔核尺寸的扩大和温度场进入准稳态，拉剪载荷变化不大。,CD段：由于电流过大，加热过于强烈，引起金属过热、喷溅、压痕过深等缺陷，接头性能反而降低。,注意：焊件越厚，BC段越陡峭，焊接电流的变化对焊点拉剪载荷的影响越敏感。,2。焊接时间,焊接时间对接头力学性能的影响与焊接电流相似；C点以后，曲线并不立即下降，这是因为尽管熔核尺寸已达到饱和，但塑性环还可有一定扩大，再加之热源加热速率较缓和，因而一般不会发生喷溅；焊接时间对接头塑性指标影响较大，尤其对承受动载或有脆性倾向的材料，较长的焊接时间将产生较大的不良影响。,3。电极压力,1）电极压力过大或过小都会使焊点承载能力降低和分散性变大，尤其对拉伸载荷影响更甚。2）电流恒定时，电极压力过大，接触面积变大、接触电阻变小，产热减少；同时，通过电极散热增加，因此熔核尺寸下降，严重时会出现末焊透缺陷。3）电流恒定时，电极压力过小，由于焊接区金属塑性变形范围及变形程度不足，接触面积小、接触电阻大，局部地方产热过大，易出现严重的前期喷溅。,注意：1）增加电极压力时，应考虑适当增加焊接电流或焊接时间；2）规范越硬，电极压力应越大。电极压力越大，压痕越大吗？,4。电极端面尺寸,电极头端面尺寸增大时，由于接触面积增大、电流密度减小、散热效果增强，均使焊接区加热程度减弱，因而熔核尺寸减小，使焊点承载能力降低。,二、规范参数之间的关系,1.焊接电流和焊接时间的适当配合,这种配合是以反映焊接区加热速度快慢为主要特征。当采用大焊接电流、小焊按时间参数时称硬规范；而采用小焊接电流、适当长焊接时间参数时称软规范。,软规范的特点,加热平稳，焊接质量对规范参数波动的敏感性低，焊点强度稳定；温度场分布平缓、塑性区宽，在压力作用下易变形，可减少熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向；对有淬硬倾向的材料，软规范可减小接头冷裂纹倾向，所用设备装机容量小、控制精度不高，因而较便宜。但是，软规范易造成焊点压痕深、接头变形大、表面质量差，电极磨损快、生产效率低、能量损耗较大。,2。焊接电流和电极压力的适当配合,这种配合是以焊接过程中不产生喷溅为主要特征，这是目前国外几种常用规范(RWMA、MIL spec、BWMA等)的制定依据。根据这一原则制定的I、F关系曲线称喷溅临界曲线。,点焊时的分流,点焊分流的影响因素,焊点距的影响：连续点焊时，点距愈小，板材愈厚、边缘效应愈严重，分流愈大；如果所焊材料是导电性良好的轻合金，分流将更严重，为此必须加大点距。焊件表面状态的影响：表面清理不良时，油污和氧化膜等使接触电阻增大，因而导致焊接区总电阻增加，分路电阻却相对减小，结果使分流增大。焊接顺序的影响电极(或二次回路)与工件的非焊接区相接触单面点焊工艺特点的影响,分流的不良影响,使焊点强度降低单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅,消除和减少分流的措施,选择合理的焊点距严格清理被焊工件表面注意结构设计的合理性连续点焊时，可适当提高焊接电流。单面多点焊时，采用调幅焊接电流波形,不同材料及不同厚度板的点焊,点焊的主要问题,材料不同，其导热、导电性能差异有时较大；板厚不等，其热容量、导热距离亦有差异。以上两种不同情况下都会形成熔核偏移。当熔核偏移严重时，可导致熔核仅位于一板内而使焊接失败，即使不太严重亦导致结合面上的熔核直径减小而影响强度性能。,焊接区沿板厚温度分布图,解决问题的方法,采用不同直径或材料的电极，其目的是改变两板的散热条件来改变温度分布。用温度分布远末接近平衡状态的硬规范，充分利用点焊前期对接触电阻的析热量，使之在尚未完全散失前即形成熔核。最典型的是电容放电点焊工艺。薄板侧加工艺垫片，以减少电极对薄板的散热效果。这类工艺垫片一般为的薄箔，热导率较小。如铜或铝合金点焊时采用不锈钢垫片黄铜点焊时采用低碳钢垫片，金丝或金箔点焊时采用钼箔垫片。垫片熔点均高于焊件，当正确控制参数时。焊后垫片较易揭除。,解决问题的方法,在一个电极上附加发热回路，使两电极的温度不一从而调整温度分布，这在仪表工业中焊接小型零件时常采用。用帕尔帖效应使两电极工作面温度不等。帕尔帖效应是热电势现象的逆向现象。即当直流电按某特定方向通过异种材料接触面时，将产生附加的吸热或析热现象。所以这个效应仅在单向通电时有效。而且目前常用金属中仅铝与铜合金电极间，这个效应才较明显，具有实用价值。采用电阻凸焊工艺,点焊时各种电流波形及其适应范围,工频交流电流波形,这种电源是电能由电网经开关进入单相焊接变压器降压后输给焊件。设备简单，因此使用最为广泛。其特点是电流每周有二次过零。虽简单的工频点焊机的电流幅值，用调节焊接变压器的变压比来进行有级调节(非同期有触点开关时)。因合闸时的过渡过程导致起始时的冲击电流可能很大，使电网负荷严重不平衡，故焊机容量不宜过大。对于容量大或要求调节精度高的场合，一般采用同期控制(或称同步控制)，这样在同一级内尚可用改变晶闸管导通角来进行热量调节，并可避免起始时的不正常冲击电流，还能精确控制通电时间为20ms(50Hz时)的整倍数。这种同期控制的焊机能满足常用厚度的各种钢材(碳钢、合金结构钢、不锈钢)、高温合金及镀层钢板的点焊。,低频电流波形,将电能由电网经复杂的变频电路变成20Hz，再降压至l0V之内输人焊件。因低频，二次回路的感抗极小，再加上三相输入，电网负荷平衡，故焊机容量大、电流峰值高，且具有缓馒上升、下降的特性。但设备昂贵，只有在工艺上需要缓慢上升、电流峰值大的场合(例铝合金点焊或厚钢板点焊时)采用。,二次整流,将电能由电网先经焊接变压器降压再用二极管整流后输入焊件，二次回路的感抗几乎为零。它有单相、三相及逆变式三种，后二种电网负荷平衡，一般用于需要大电流和电感变化较大的场合(例如厚板、长臂和铁磁体在回路中大幅变动等)。,电容放电,电能先从电网向电容器充电，当达到一定电压后停止充电，焊接时瞬时向焊接变压器一次绕组放电，在其二次侧感应出一个高的脉冲电流施入焊件。其特点是电流上升极快，一般在3ms左右，峰值大。主要用于点焊热时间常数很小的超薄板及有色金属，亦用于点焊厚薄差较大的板材等。,常用金属材料的点焊,判断电阻点焊焊接性的主要标志,材料的导电性和导热性：电阻率小而热导率大的材料其焊接性较差；材料的高温塑性及塑性温度范围：高温塑性差、塑性温度区间窄的材料其焊接性较差。材料对焊接热循环的敏感性熔点高、线膨胀系数大、硬度高的材料，焊接性差。,低碳钢的点焊,这类钢的点焊焊接性良好，焊接参数范围宽。在常用厚度范围内(0.53.0mm)一般无需特殊措施，采用单相工频交流电源，简单焊接循环即可获得满意结果。,低碳钢的焊接技术要点,冷轧板焊前无需专门清理，热轧板则必需清除表面上的氧化层、锈蚀等杂质。如经冲压加工，则需清除冲压过程中沾上的油污。如设备容量许可，建议采用硬的焊接参数，以提高热效率和生产率，并可减少变形。选用中等电导率、中等强度的Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。表面清理质量较差或冲压精度较差而刚度又大时，可考虑采用调幅电流(渐升)或加预热电流的措施来减少飞溅。板厚超过3mm时，选用带锻压力的压力曲线，带预热电流脉冲或断续通电的多脉冲焊接电流。,可淬硬钢的点焊,这类钢的碳当量大于0.3%，淬硬性很强，一般在调质状态下应用，有碳钢(如45，50等)，但大多数为合金钢(如30CrMnSiA，2Crl3)等。这类钢在点焊热循环作用下，熔核和邻近熔核的热影响区将产生马氏体组织，硬度高；而在离熔核较远处则因加热至超过回火温度而软化、硬度下降、强度亦低(如在调质状态下点焊)。可淬硬钢点焊时易发生前期飞溅，厚板点焊时会产生裂纹和疏松等缺陷。,可淬硬钢焊接技术要点,在退火状态点焊，且厚度小于3mm时，可采用单脉冲软的焊接参数，通电时间约为同厚低碳钢点焊时的3-4倍，电极压力与电流相应减小。板厚较大，且在退火状态点焊时，常采用带缓冷双脉冲点焊工艺，其质量优于单脉冲点焊的质量。调质状态钢点焊时，应采用带回火双脉冲的点焊工艺，在焊机上回火可免去整体回火的耗能工艺。带回火双脉冲点焊的工艺是指在焊接之后待焊件冷却到完成马氏体转变之后再使其局部回火，从而而获得最佳的综合力学性能。,带回火双脉冲点焊的组织分布示意图,可淬硬钢焊接技术要点,为防止疏松、裂纹等缺陷产生，尤其当板厚大于3mm时，建议采用增大顶锻力的加压方式，顶锻力约为电极压力的2-2.5倍。加顶锻力时间应精确控制。这类钢的热物理性能接近低碳钢，高温强度适中一般采用Cr-cu或Cr-Zr-Cu合金电极。,镀层钢板的点焊,镀层钢板点焊的难点在于：镀层金属熔点低，早于钢板熔化，熔化的镀层金属流入缝隙，增大接触面降低电流密度，因此需增大电流。镀层金属与电极在升温时往往能组成固溶体或金属间化合物等合金，一旦发生上述现象，电极端部的导电、导热性能下降，温度进一步上升，产生恶性循环，加速电极的粘污损坏，同时亦破坏了零件的镀层。镀层金属如进入熔化的钢质熔池将产生结晶裂纹，因此需在钢板熔化前把镀层挤出焊接区。,CuCrZr:1075oC:Zinc:420oCBrass:1027oC(70Cu/30Zn)Steel:1427oCNitrode:1083oC,Melting points,We are trying to join steel with something(copper)that melts 350oC earlier!,500oC,800oC,900oC,800oC,1000oC,1300oC,Temperatures in Resistance Welding(Simplified representation),Anneal temp:CuCrZr 500oCAnneal temp:Nitrode Al 60 900oC,SOURCE:O.U.Science Data Book,Outukumpu,OMG.,SOURCE:O.U.Science Data Book,Outukumpu,OMG.,镀层钢板焊接技术要点,与等厚低碳钢相比电流应增大30%50%，镀层熔点越低，增加越多。电极压力则增大20%30%即可。与低碳钢相比，同样的电极压力，其临界飞溅电流有所上升。采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极。要加强冷却，允许外水冷。二次修磨间的焊接点数仅为焊低碳钢时的110-120。薄板(1.2mm)点焊时可采用嵌钨电极。由于电极粘污严重，是产生质量问题的主要原因，故在结构允许条件下改用凸焊是解决电极粘污的最佳方案。锌、铅等元素的金属蒸气和氧化物尘埃对人体有毒，需加强通风。,铝及铝合金的点焊,铝及铝合金电阻率低(低碳钢的1412)、热导率高(低碳钢的2.4倍)，虽其熔点较低仍需采用极大电流焊接，通电时间要短，以免散热过多。一般需要焊接等厚低碳钢时的3倍电流，通电时间则约为焊接等厚低碳钢的110。铝及铝合金在空气中很快生成致密的氧化膜，必须在焊前很好清理，清理以化学法为佳清理后应在短期内完成焊接以免再次氧化。与纯铝相比，铝合金的塑性变形温度区窄，线膨胀率大，伸长率小，因此须精确控制焊接参数才能避免裂纹和缩孔。此种缺陷在厚板点焊时尤为严重，推荐采用低频半波电源。,铝及铝合金焊接技术要点,铝及铝合金焊前必须严格清理表面，除去氧化膜，推荐用化学法以保证接触电阻值稳定。清理后应及时焊接，存放期不应大于72h。采用硬的焊接参数，大容量焊机是点焊铝及铝合金必不可少的。当板厚较小时，尚可采用单相工频交流电源，大厚度及要求高的铝合金构件一般采用低频半波焊接工艺。大容量电容放电点焊机常用于点焊纯铝。用电阻率低的Cd-Cu合金球面电极，必须加强水冷，有可能时采用外水冷以提高电极寿命。电极粘损是影响电极寿命的主要因索，要频繁地用细砂布清理电极工作面。在要求严格的场合，每几十个焊点甚至几个焊点就需清理一次。厚板点焊建议采用变压式加压工艺(加顶锻力)。,钛合金的点焊,钛合金密度小，抗拉强度大，耐蚀性好，热强性及低温韧性均优，所以广泛应用于航空、宇航和化工领域。钛合金具有比奥氏体不锈钢更高的电阻率和更小的热导率，可采用较小容量的焊机焊接。虽钛在高温时大量吸收氧、氮、氢而脆化，电弧焊时需特殊保护措施，但点焊时熔化金属处于塑性壳内与大气隔绝，故焊接性甚好，一般不需保护气体。,钛合金焊接技术要点,钛合金的线膨胀系数仅为奥氏体不锈钢的l/2，热导率又小，所以熔核几何尺寸对点焊参数不敏感，因此点焊参数可调范围宽，表面不易过热，焊透率即使高达90%也不致产生飞溅。但表面氧化膜较致密，需注意清理。其高温强度低于奥氏体不锈钢的高温强度，可采用比点焊相同厚度奥氏体不锈钢时低的电极力。点焊时冷却速度很高，会产生针状马氏体组织，使硬度提高、韧性下降。因此对钛合金建议采用焊后热处理。点焊后的变形较难矫正，故需正确考虑点焊次序，尽量减小变形。用高温硬度好的Cr-Cu或Be-Co-Cu合金电极，可进行内外水冷。,高温合金的点焊,高温合金具有很好的高温强度与热稳定性，广泛应用于航天、航空工业。高温合金具有比奥氏体不锈钢更大的电阻率、更小的热导率和更高的高温强度，故可用较小的焊接电流，但需更大的电极压力。,高温合金焊接技术要点,高温合金表面氧化膜致密性好，为防止形成结合线伸入等缺陷，必须加强表面清理工作。采用软的焊接参数、大的电极压力，以提高电极压力的压实效果。在有条件时应采用加大顶锻力的焊接参数，以减少飞溅、防止产生裂纹、疏松和缩孔等缺陷。加强冷却，尽量避免反复加热，以减少近缝区出现“胡须”状缺陷的机会。用高温硬度好的Be-Co-Cu合金电极。,结合线伸入,当焊接高温合金或铝合金时，如清理不佳，表面将残留过厚的熔点高、致密且硬的氧化膜。在熔核形成过程中这层氧化膜未及彻底破碎，残留在焊件表面，不但在塑性环区界面存在，且限制了枝晶的生长，在熔核边缘形成突入熔核的晶界夹杂物，称结合线伸入。因此该处应力集中，极易在运行时扩展成裂纹，一般不允许存在。,胡须,某些材料如高温合金和铝合金其晶界聚集低熔点杂质，加热时它首先熔化并在压力下被挤出，而后熔核中的液态金属又填满其空间，因此并没有破坏接头的完整性。但在金相检别时因其腐蚀性能与周围原有金属有差别而易误判为裂纹。,胡须的三种存在部位,熔核内部胡须A由熔核边缘伸向热影响区的胡须B稍离熔核、独立存在于热影响区的胡须C,胡须对接头性能的影响,至于胡须对接头强度的影响，因填满铸态组织的胡须并未破坏金属的连续性，经试验证实它对接头强度无影响，所以生产中允许胡须存在，而不作为焊接缺陷处理。但是，对未填满的胡须尽管很少发现，当承受载荷时，特别在动载荷作用下，仍如同裂纹一样有危险性，所以应作为裂纹处理。,铜及铜合金的点焊,铜的导电和导热性能极好、焊接性很差。一般认为纯(紫)铜极难点焊，不能凸焊和缝焊。某些铜合金由于加入合金元素后导电导热性能下降很多，硬度也有所提高，故已成功地进行了点焊、凸焊和缝焊。,铜及铜合金焊接技术要点,铜和高电导率的铜合金点焊时，需采用防止大量散热的电极，一般推荐用钨、钼镶嵌型或铜钨烧结型电极，相对电导率小于纯铜30%的铜合金点焊时可采用Cd-Cu合金电极。适当加大点距与搭边量，以防止过大的分流和飞溅。推荐采用电容放电型焊接电源，以获得峰值高、脉宽窄的电流波形。,不锈钢的点焊,不锈钢按组织可分为奥氏体型、马氏体型、铁素体型三类。奥氏体型与铁素体型不锈钢易于点焊。马氏体型不锈钢焊后硬度高、性能脆，焊接时需精确控制焊接参数，焊后常需作热处理，故较少用于点焊结构。奥氏体型不锈钢的电阻率为低碳钢的47倍，热导率仅为低碳钢的1213。故可用较小的焊接电流、较短的通电时间进行点焊。不锈钢的高温强度与硬度远比低碳钢高，因此必须采用比焊低碳钢时高得多的电极压力来避免飞溅和缩孔。电极材料亦需选用高温硬度高的材料以免严重压溃。,不锈钢焊接技术要点,为保证耐晶间腐蚀的性能，应尽量减少在敏化温度区停留，宜选用硬的焊接参数，焊接时间一般比相同厚度低碳钢短40%-50%。因电阻率大、热导率小，焊接电流可比相同厚度低碳钢小些。电极压力应提高40%-80%，为此需采用软化温度高、硬度高的材料作电极。一般推荐Be-Co-Cu合金电极，尤其当点焊较厚板时，电极的冷却极为重要，可采用外部水冷却。,第三章 电阻凸焊,象图3-1a所示，对于板厚差异大的材料，若用一般的点焊方法，很难焊接。但是，在厚板上压出凸点使其与薄板具有同样的热容量，如图3-1b所示，则很容易焊接，这种焊接方法称为凸焊。,a)点焊 b)凸焊,图3-1 点焊与凸焊,凸焊是点焊的一种特殊形式，它是利用零件原有型面倒角、底面或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。因为是凸点接触，提高了单位面积上的电极压力与焊接电流，有利于板件表面氧化膜破裂与热量集中，减小了分流电流，可用于厚度比达到1：6的零件焊接。另外，可采用多点凸焊，以提高生产率和降低接头变形。在使用平板电极凸焊时，零件表面平整无压坑，电极寿命长。凸焊既可在通用点焊机上进行，也可在专用凸焊机上进行，广泛应用于成批生产的盖、筛网、管壳以及T形、十字形、平板等零件的焊接。,第一节 凸焊的特点及适用场合,凸焊零件实例,第二节 凸焊接头的形成过程分析,凸焊时焊核生成随时间的变化(低碳钢板厚2.3毫米),凸焊过程电极压力、电极位移及电流随时间的变化,预压阶段,凸焊时如果施加电极压力时带冲击，凸点会被压溃，因此必须较缓慢地加压，随着电极压力的增大，凸点进一步被压溃，电极下移。当达到给定电极压力时，凸点的压强差不多停止，可以认为通电之前凸点高度的一半多(S1)已被压塌，凸点高度变低。,凸点压溃阶段,在通电的瞬间，电流集中流过凸点的端头，在一般的焊接规范下，剩下凸点的高度大致为S2，在约10毫秒间几乎全部被压溃。如果此时的电极压力不足，就会产生凸点位移现象。由图中看出，流过预热电流时，凸点是较为缓慢地被压溃；仅是预热电流，凸点还不能完全被压溃，只有在随后通焊接电流时，凸点才开始急剧地被压塌。,焊核生长阶段,凸点被完全压溃的同时，便开始了焊核的生长期。焊接接头受热熔化而生成焊核，因其体积膨胀要把电极向上推，但由于焊机加压结构中有摩擦力阻止焊核的膨胀，而使电极压力反而增大。此现象与点焊相同。断电后，因焊核冷凝收缩电极又再次下移。,上图是用同样的规范焊接而无预热电流的情况。因凸点在12周便被压溃，所以在通电瞬间，电极压力便降低。当焊核急剧生长而产生飞溅时，则电极压力再次降低，随着焊核的生长，电极的运动先是上移，然后瞬间下移。,第三节 凸焊工艺规范,凸焊规范参数有焊接电流、焊接时间、电极力等。凸焊时，由于电极工作面尺寸远大于熔核直径，电极尺寸对电流场分布和焊接过程的进行无明显影响，因此电极尺寸不作为凸焊的工艺参数。,1。焊接时间,焊接时间对熔核尺寸与接头强度的影响规律与点焊基本相同。在焊机容量足够的条件下，随着焊接时间的增长，熔核尺寸与接头强度增大。但这种增大是有限的，因为熔核尺寸的增大将形成后期喷溅，使接头质量下降。,2。焊接电流,焊接电流与焊接时间的影响类似。随着电流的增大，熔核尺寸与接头强度的变化如图所示。凸焊时，无熔核的固相焊有一定的接头强度，故因焊接电流变化引起接头强度的变化比点焊时小。,3。电极压力,电极力的大小，同时影响析热与散热。在其它参数不变时，电极力增大，焊接熔核尺寸与接头强度减小。为了保持一定的熔核尺寸与接头强度，在提高电极力的同时，需要相应增大焊接电流或通电时间。熔核上的电极压强应在允许调节的范围内。一般比点焊窄得多。电极压强小于允许值，产生喷溅；压强过大，不但能破坏焊接过程的稳定性，也能使凸点瞬时压溃，破坏了正常的焊接过程。为此，电极压强与压下的速度应大小合适，又平稳而无冲击。,凸焊规范的特点同样由焊接电流与通电时间的不同匹配决定。在熔核尺寸稳定即等于常数的条件下，焊接电流与通电时间关系见图。图中，I区为过硬的焊接规范区，II区为正常焊接规范区，III区为过软的焊接规范区。由于凸焊时，产生早期飞溅的倾向大，通常不允许采用过硬的规范。过软的规范即曲线近水平部分，对电流的被动比较敏感，易出现软化区过宽、组织过热现象因此焊接规范应在II区选取为宜。,第四节 凸焊设备的机械性能与接头质量的关系,凸焊与点焊相比，其不同点只是在焊件上压出凸点或在焊件上有能使电流集中的棱边。因此在点焊机上也可完成凸焊工作。然而在很多点同时焊接的情况下，还需要使用专门的凸焊。因为焊接一点的电流、压力尽管可以小些，但焊点数目增多后就需要高的电极压力及大得多的焊接电流，以就要求有能承受高电极压力，即能保持高的机械精度，并能提供大的焊接电流的凸焊机。凸焊机的臂伸较短，机身的刚性比点焊机大，功率也较大。一般情况，凸焊机的电极均制成带T形槽的台板，供安装适合于不同焊件的焊接胎夹具。在点焊时，由于焊件受热膨胀向上顶推电极，电极压力实际上是增大了。此时电极只有微小的位移，故对电极的随动性要求不高。但凸焊时，若电极不能随着凸点的压溃而跟随活动，则会由于电极压力的不足而产生飞溅。所以，特别要求凸焊机压力机构的随动性要好，所采取的措施是在其可动部分采用滚珠结构，以减小摩擦。,焊机压力传动机构动态特性差，也会引起凸点过早压平甚至熔化。焊头运动时摩擦力大、焊头本身质量大因而惯性大，都会在焊点压平过程中使实际压紧力减小。因此，要尽量减小摩擦力、减轻可动部分质量、增大外力，还要使加热更加平稳。但是，凸点过于缓慢被压平也不好，因为它阻碍了零件间间隙的缩小。在多点凸焊时，凸点的一致性、在各凸点上保持一样的电流密度和压力，具有特别的意义。各个凸点高度不一致、电极的倾斜、电极工作表面的磨耗以及焊机机臂刚度不足，都会造成接头强度的严重波动。作为电极用的平台，不平行度不得超过0.25毫米(两个边缘凸点之间)；最好使用调幅使电流幅值平稳上升、也可以用附加脉冲进行预热或者对凸点施加轻微的预压，使各凸点取得比较一致的接触状况，然后通以焊接的大电流。,第五节 凸点的选择与制备,目前以半球形及圆锥形凸点应用最为广泛。后一种可以提高凸点的刚度，预防凸点过早压溃，还可以减小因焊接电流线过于密集而发生的喷溅。为防止压蹋的凸点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电流密度的降低，也可以采用带溢出环形槽的凸点。凸点按凸焊结构的差异有球形(或圆锥形)、条形、环形和交叉丝等，凸焊结构实例如下图所示。,凸焊结构实例,对于凸点尺寸，不同资料上推荐的数据差别很大。不过，研究结果表明，凸点尺寸与焊接接头尺寸和强度之间没有单一的内在联系，当正确选用规范参数时，d、h的变化对焊接结果影响不大。因此，凸点尺寸的选用没有必要严格规定，通常可按具体情况选取。表中给出的凸点尺寸，可用于一般情况的凸焊。,缝焊,缝焊：焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。,缝焊的分类及应用,1.连续缝焊,缝焊焊接循环示意图,机一电特点为：滚轮电极连续旋转、焊件等速移动，焊接电流连续通过，每半个周波形成一个焊点.,连续缝焊设备简单(例如，FN-25型缝焊机)、生产率高，一般焊接速度为10 20mmin。但由于上述机一电特点，缝焊中滚轮电极表面和焊件表面均有强烈过热，焊接质量变坏及电极磨损严重，该方法的实际可用性却很有限。,2.断续缝焊,机一电特点为：滚轮电极连续旋转、焊件等速移动，焊接电流断续通过，每“通-断”一次，形成一个焊点。,断续缝焊在生产中得到最广泛地应用，焊接电流采用工频交流或电容贮能电流波形(频率可调)，用以制造黑色金属气密、水密和油密焊缝，缝焊速度一般为0.54.3mmin。例如FNl-150型缝焊机，即属此类。,缝焊焊接循环示意图,3.步进缝焊,机电特点为：滚轮电极断续旋转、焊件相应断续移动，焊接电流在电极与焊件皆为静止时通过。焊点形成后，滚轮电极重新旋转，传动焊件前移一定距离(步距)，每“通一移”一次形成一个焊点。,步进缝焊是一种高质量的缝焊方法，焊接电流采用直流冲击波、三相低频和次级整流电流波形，用以制造铝合金、镁合金等的密封焊缝，缝焊速度一般较低，但为0.20.6mmin。,缝焊焊接循环示意图,对缝焊质量的一般要求,缝焊主要应用在薄壁容器的制造上，因此接头的质量要求首先是应具有良好的密封性和耐蚀性。通常在材料焊接性良好时，缝焊接头的静载强度不低于母材金属，因为焊缝的截面积通常是母材纵截面的2倍以上(板愈薄这个比率愈大)，破坏必然发生在母材热影响区上。因此，缝焊结构很少强调接头强度，通常以能通过枕形件(密封性)压力试验即可。缝焊接头的应力分布比点焊接头均匀，但是与其它缝焊(指熔焊)方法相比，电阻缝焊接头疲劳寿命较短。,缝焊时的电流场相当于单块板点焊与两块板点焊时二个电流场的组合。电流密度的分布为不对称，在未焊合的贴合面前沿形成峰值，其机理仍然是边缘效应的影响。因此，缝焊时的电流场特征仍能保证在贴合面处具有集中加热的效果和保证熔核的正常生长。,缝焊时的电流场,缝焊时，已焊点对焊接区既有分流作用，同时又有预热作用，但二者对焊接区的加热过程具有相反的影响。考虑到分流的影响，缝焊时焊接电流的选择往往比点焊时大，这又进一步加强预热作用。当然，缝焊时焊接区对巳焊点又有缓冷的作用，这一切都使缝焊时的温度场比点焊时要复杂的多。当缝焊速度提高时，会使滚轮电极与焊件间的接触电阻增大、析热作用增强，同时，滚轮电极对焊接区的散热作用减弱，这些情况将使温度场畸变，造成缝焊时易出现滚轮电极的表面粘损和焊缝表面质量变坏。,缝焊时的温度场,缝焊温度分布比点焊平缓，焊接方向的金属因预热作用温度比点焊时高，而已焊部分金属因分流电流的缓冷作用温度比前沿更高，形成前低后高的不对称温度分布形态。当提高焊速时，该温度分布曲线将向前沿降低、后沿升高的方向变化，这时易出现焊件表面的过热、过烧现象。焊接速度对温度场形态有重大影响。,缝焊接头形成过程特点,缝焊时，每一焊点同样要经过预压、通电加热和冷却结晶三个阶段。但由于缝焊时滚轮电极与焊件间相对位置的迅速变化，使此三阶段不像点焊时区分的那样明显。,在滚轮电极极直接压紧下，正被通电加热的金属，系处于通电加热阶段”；即将进入滚轮电极下面的邻近金属，受到一定的预热和滚轮电极部分压力