电阻点焊原理及工艺.ppt

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1、电阻点焊原理及工艺,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

2、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）

3、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,“

4、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,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

5、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

6、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，

7、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

8、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

9、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，

10、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：工作热传导，对流，幅射。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

11、、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

12、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

13、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

14、凝固理论,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,2。焊接时间,3。电极压力,4。电极端面尺寸,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；对有淬硬顿向

15、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，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焊接顺序的影响电极(或二次回路)与工件的非焊

16、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,材科不同，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

17、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0.2-0.3mm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

18、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。,常用金属材料的点焊,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-Z

19、r-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，焊接电流较大，通电时间较长为改善电极工作条件，可采用多脉冲焊接电流。,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，熔化的镀层金属流人缝隙，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

20、。,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 te

21、mp: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

22、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。,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

23、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

24、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

25、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

26、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

27、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,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，

28、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

29、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。,第4章电阻焊接头的质量检验,电阻焊接头的等级划分,一级：承受很大的静、动载荷或交变载荷。接头的破坏会危及人员的生命安全。二级：承受较大的

30、静、动载荷或交变载荷。接头的破坏会导致系统失效，但不危及人员的安全。三级：承受较小静载荷或动载荷的一般接头。,接头检验方法与内容,破坏性检验撕破检验断口检验低倍检验金相检验力学性能试验,无损检验目视检验密封性检验射线检验超声波检验其它检验,破坏性检验,破坏性检验能提供各种确切的定量数据，如力学性能、熔核尺寸、缺陷性质和多寡以及耐腐蚀性能等。因此它是取得接头质量定量数据的主要手段。但检验试祥已经破坏，而实际产品仍未直接检验，因此检验结果仅能提供代表性的参考信息。如何使试祥更真实地代表产品本身，是一个复杂的数学问题。因此在样品的分组、取样数量和方法上各专业标准均作具体现定。,撕破检验,这是一种针对

31、薄板点、凸和缝焊接头的简易检验方法，用于粗略判断熔核大小和力学性能。便于现场操作，常用来作为确定焊接参数的前期筛选手段和生产中考查质量稳定性的自检手段。,低倍检验,适用场合：主要针对点、凸及缝焊接头。具体步骤：磨片、腐蚀、读数显微镜检验检验内容：测定熔核直径、焊透率及压痕深度等数值观察有无宏观缩孔、裂纹和夹杂等缺陷的数量。,金相检验,用于检验接头显微组织，如结晶特征、组织形貌及微观缺陷等，亦用于鉴别冶金缺陷如裂纹、胡须等。点、凸和缝焊时，一般仅作为对低倍捡验疑问的裁定手段；对焊时常作为重要产品的必检项目。,电阻焊接头力学性能试验,无损检验,无损检验以不损坏产品使用性能为前提的检测方法，可以推广

32、到每个零件的每个焊接接头，因此是保证产品安全的最可靠手段。但在电阻焊接头中由于接头的特殊性，仅有少量方法获得工业应用，大多数方法处于实验研究阶段。,目视检验,目视检验是用小于20倍的放大镜作外部缺陷的检验。此法能发现表面裂纹、烧穿、压痕过深、电极粘附、焊件错位等多种外表缺陷。同时，从接头外形尚能对焊透情况粗略判断。,密封性检验,任何有密封要求的焊缝均作密封性检验。要求作此项检验的焊缝有缝焊、对接缝焊和对焊几类。,射线检验,射线检验在压力容器制造业广为采用，它能有效地发现焊接区的裂纹、夹杂、末焊透及缩孔等缺陷。在电阻焊接头中，亦可用来发现裂纹、缩孔及内部飞溅等。点焊及缝焊接头一船均用于薄板结构，

33、除少数热敏感性强的合金钢和有色合金外，较少出现裂纹，其它缺陷对强度影响较少。而影响强度最敏感的熔核大小一般用射线检验。,应用实例,某些铝合金在点焊过程中熔核的金属成分产生偏析，因而引起对射线能量吸收的差异，从底片上熔核边缘出现白环，这里吸收射线能力较核心部分强，以此测出熔核边缘而确定其直径，但须与压痕引起的射线吸收差异区分开。该法仅限用于少数几种铝合金和镁合金。,应用实例,焊前在板上涂一层与母材金属对射线吸收性能差异很大的金属粉或薄箔(称PKC)，在焊接过程中熔核区的PKC层已蒸发或挤出，而后从射线底片上区别出无PKC层之区即为熔核。,超声波检验,超声波检验主要用于厚板探伤。在点、缝焊等的薄板

34、焊件中未见应用报导。在大型对接零件的探伤检阅中该法应用甚广例如铁路钢轨对接焊接头、石油钻杆对接焊口等均采用该法。它能发现末熔合、夹杂物和裂纹等缺陷。但对严重影响塑性指标的灰斑缺陷尚不能用此法检验。,其它检验方法,磁粉、涡流和萤光这些方法均用于检测接头表层的缺陷，主要是延伸到表层的细小裂纹。,电阻焊接头的缺陷,电阻焊的缺陷按显现部位不同，可分为外表缺陷与内部缺陷。缺陷的形成原因众多，分析时应抓住主导原因。由于工艺过程的差别，在搭接接头与对接接头中产生的缺陷不尽相同，分别叙述如下：,搭接接头中的缺陷,末熔合与未完全熔合缩孔裂纹结合线伸入喷溅压痕过深,缩孔,由于金属加热时体积膨胀，因此当熔核金属为液

35、态时具有最大的体积，冷却收缩时如周围塑性环未及时变形使内部体积相应减小，则产生缩孔。缩孔呈不规则的空穴，虽会成小熔核截面，但对结合面的静载强度影响不大，而对动载或冲击则有一定影响。,缩孔,缩孔的产生往往与电极压力不足有关。冷却时，塑性环变形不足或不及时，特别是在焊接厚板、高温强度高的材料或冷却速度快的材料时，电极的惯性造成加压不足是产生缩孔的主要原因。点焊时可用低惯性电极和增加锻压力来克服，亦可采用减缓冷却速度的规范措施，缝焊时仅能采用后一种方案。,裂纹,裂纹产生的部位有熔核内部、结合线上、热影响区及焊件表面。其中后三个部位的裂纹因形成应力集中，危害严重，在承力件中不允许存在。在一般焊件中，熔

36、核内部裂纹的长度应限制在不超过熔核直径的13。避免裂纹的主要措施为减缓冷却速度和及时加压，以减小熔核结晶时的内部拉应力。,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。,喷溅,点焊、凸焊或缝焊时，从焊件结合面或电极与焊件接触面间飞出熔化金属颗粒的现象，称为喷溅。喷溅处在外表将影响美观，造成应力集中，严重时形成空穴称为烧穿，会影咱使用性能。,压痕

37、过深,过深的压痕将引起应力集中，降低动载性能，应当避免。表面压痕应不大于单板厚度的10-20。避免压痕的措施是尽可能采用较硬的焊接规范及加强电极冷却，降低焊件表面温度。,末熔合与未完全熔合,末熔合与未完全熔合是指母材与母材之间末熔化或未完全熔化结合的部分，是一种严重影响强度及密封性能的缺陷，不允许存在于要求力学性能及密封性能高的零件之中。原因：焊接区热输入不足及散失热量过多。凡能引发上述原因的因素均能造成此种缺陷。该缺陷目前主要靠常规的破坏性检验发现，仅对少数铝或镁合金可用射线检测去发现。避免此种缺陷的主要手段是加强焊接参数的监控。,电阻焊质量监测与控制,必要性,在大批量生产中，一个产品往往需

38、要几十台甚至上百台点焊机配套工作，这将使电网电压、气压产生很大的波动，再加上难以避免的分流、电极磨损等不利因素的存在，致使点焊质量极不稳定，严重时将成批出现不合格的焊点。另一方面，由于点焊独特的接头形式和工艺的限制，致使在电弧焊生产中应用效果很好的焊后无损检测方法在点焊生产中却难以应用，同时也将使生产效率降低、产品成本剧增。,必要性,为了保证焊点质量，国内外几乎所有的汽车生产厂家几十年来都一直采用焊前打试片、焊后进行破坏性抽样检验的方法来保证焊点质量。显然，这种方法已无法满足汽车工业发展对点焊质量提出的高可靠性、低成本的要求。为了改变这种现状，有必要研制新型点焊质量监测系统。采用点焊质量监测系

39、统，可以在线监测每一台焊机、每一焊点的质量，及时指出不合格的焊点及其形成原因，使操作者及时进行在线补救，以有效提高和稳定焊点质量。,焊接参数的划分,焊接规范参数：焊接电流、电极压力、焊接时间、电极端面尺寸等；焊接过程参数：监测信息，如：动态电阻、红外辐射、电极间电压、能量等；焊接质量参数：熔核直径、焊透率、压痕深度、拉剪强度、拉伸强度、疲劳强度等；,质量监控的难度,电阻点焊过程是一个高度非线性、有多变量耦合作用和大量随机不确定因素的过程，同时由于点焊的形核处于封闭状态而无法观测，特征信号的提取比较困难；而且形核过程的时间极短，焊接条件短时间的波动就会造成较严重的后果。因此，点焊质量的监测和控制

40、难度极大。,点焊质量监测信息,焊接电流电极间电压能量积分动态电阻热膨胀电极位移红外辐射超声波,不同焊接电流时动态电阻曲线,热膨胀电极位移与焊点质量的关系,监控方法的现状及发展趋势,监控焊接热量,这类方法包括恒流控制法、恒压控制法等。其原理是：在焊接过程中，适时测量焊接热量参数值，并与给定值比较，当出现偏差时，调节可控硅的控制角，以维持焊接热量参数的恒定。这类方法的优点是简单可靠、易于实现。目前，欧、美及日本的各大汽车公司几乎均采用这类方法，我国各大汽车厂大部分也采用这类方法。可见这类方法的普及性;缺点是对电极压力波动、电极磨损及分流的影响等无补偿作用。,监控过程参数的某个特征量,在点焊过程中，

41、有许多过程参数的变化可以反映焊点的形成过程，可以作为质量监测的依据。但是，这些过程参数与焊点质量之间的关系却难以用数学公式来清晰地描述，因此人们往往用过程参数的某个特征量作为焊点质量监测的依据。,特征量与焊点质量的关系,当特征量T过小时，熔核没有完全形成。当特征量T达到一定值后，熔核形成，焊点强度F随着特征量T的增大而增加，当熔核直径达到或比电极端面直径稍大时，特征量T达到饱和。如再增加特征量T值，则产生飞溅，导致焊点质量下降。因此，A点对应的T值，就是期望值。此外，焊件愈厚，过A点后曲线变化愈陡峭，特征量T的变化对焊点强度的影响愈敏感，A点愈不易确定，控制难度也将增大。,常用过程参数及其特征

42、量,具体应用方法,应用这种监控方式在监控某产品的点焊质量之前，应根据工艺实验找出特征量T值与熔核直径以及焊点强度之间的关系，并求出特征量的控制带。根据控制带确定监控仪上的特征量上、下限预置开关，当实测的特征量值超出上、下限时，仪器将报警，指出该焊点质量不可靠，应作处理。,效果不好？,这些装置实质上是使用点焊过程中监测信息的某一特征量与质量参数之间的一元线性回归模型关系来间接地监控焊点质量的。由于一个特征量只能片面地反映点焊加热过程，而一元线性回归模型也只能描述监测信息与质量参数之间局部线性关系，难以描述整体的非线性关系，因此在焊接过程中无法及时获知焊点质量参数的准确值。这就是现有点焊质量监控方

43、法存在控制效果不理想、适用范围窄的主要原因。,监控某一过程参数的曲线,在用于批量生产之前，先把合格焊点的标准过程参数曲线储存下来，然后通过大量的工艺实验确定合适的容限。在用于批量生产时，需要对每一焊点的每一周波的焊接电流进行计算和调整，强制该焊点形成过程中的过程参数，按照合格焊点的标准曲线发展，焊后再将过程参数的实际曲线与标准曲线比较，观察是否满足容限值，以判断质量是否合格，从而保证每一焊点的质量。,实践证明，这种技术的控制效果明显优于单个特征量监控技术，但应用局限性很大，对工艺条件和周围环境干扰程度要求非常严格，难以普及推广。,为了保证控制效果的稳定性，采取的主要措施有（1）采用计算机群控技

44、术，减小网压波动的范围。（2）严格控制电极使用时间，减小电极磨损对焊点质量的影响。据资料介绍，每个电极仅焊320个点就进行更换。（3）由于焊件的结构、形状和尺寸都是确定的，因此可以通过合理的工艺设计避免分流、铁磁物伸入对焊点质量的影响。,监控点焊质量参数,基于模糊分类理论的点焊质量的等级评判 基于回归分析理论的铝合金点焊质量多参数监测方法 基于神经元网络理论的点焊质量多参量综合监测,基于模糊分类理论的点焊质量的等级评判,1994年，德国学者Burmeister采用模糊分类理论和现有的专家知识，建立了三个电参数（焊接电流、电极间电压、工件电阻）和两个机械参数（电极位移、电极加速度）与焊点质量之间

45、的非线性关系模型，实现了低碳钢点焊质量的在线等级评判。优点:综合考虑监测信息与质量指标间的非线性缺点:难以摆脱专家经验等人为因素的影响,基于回归分析理论的铝合金点焊质量多参数监测方法,1996年，英国学者M.HAO采用线性回归分析理论，分别建立了一些过程参数的各个特征量以及多个特征量与铝合金焊点质量之间的关系模型。结果表明：多元回归模型的误差比最佳的一元回归模型的误差大约下降30%。,熔 核 直 径 预 测 结 果,基于神经元网络理论的点焊质量多参量综合监测,目前，发展点焊质量监测技术的难度，依然体现在对焊点质量参数无法直接测量，只能通过一些过程参数进行间接的推断，发展多参量综合监测技术是提高

46、点焊质量监测精度的有效途径。如何充分利用监测信息，建立合理的多元非线性监测模型，并使监测模型能够在较宽条件内提供准确、可靠的点焊质量信息，已成为发展多参量综合监测技术的关键。,目前的研究成果,1997年，哈尔滨工业大学运用神经元网络技术和回归分析技术，研究了动态电阻与焊点质量之间的模型关系，证明神经元网络模型的精密度要比多元线性回归模型的精密度高23倍，并证明即使在加热强度变化范围是从未形成接头到强烈飞溅这样恶劣的工艺条件下，采用神经元网络模型也可以在焊接过程中实时、准确地监测焊点质量，为进一步实现以质量信息为目标的点焊质量直接控制奠定了必要的基础。,各种模型的均方差,与多元回归模型和神经元网

47、络模型相比，一元线性回归模型的均方差最大，这说明用单个特征量来监控焊点质量，效果将是最劣的。动态电阻特征量与点焊接头质量参数间的模型，其相应的神经元网络模型的性能远优于相应的回归模型的性能，这说明神经元网络模型比多元线性回归模型更适合用于描述点焊过程参数与质量参数之间非线性、强耦合的关系。,点焊电极的研究进展,点焊电极为什么容易失效？,电极是点焊中的易耗零件，在点焊过程中，电极的主要功能是传输电流、加压和散热，由于电极和焊件接触时的温度较高，而且自身具有一定的电阻，也会发热，因此，电极头部的温升很快，达到了稍低于焊点熔核的高温，使电极头部在高温及高压力作用下很快失效。,点焊电极的失效形式,1.

48、塑性变形,电极的塑性变形都导致电极端部形成蘑菇状和电极直径的增加，这种塑性变形的产生是由于电极头部在焊接时承受压力和高温作用的结果。一般来讲，电极表面的温度与焊件表面的温度应相等，点焊时钢板的表面温度大约为700度左右，点焊镀锌钢板时，电流密度比点焊无镀层钢板电流密度要高30%左右，电极表面的温度能达到800-900度。正是由于电极头部的温度分布不均匀，使得电极头部产生了不均匀的塑性变形。此外，电极与工件表面的高温还导致了在电极头部产生低屈服强度的Zn-Cu合金，这将加重电极局部的塑性变形。塑性变形的产生，使得电极头部的直径随焊点数目的增加而增加，从而导致焊接电流密度下降，熔核焊透率降低，直到

49、焊核直径减小，焊点强度下降趋近允许值，此时必须修整电极或更换电极。,2.磨损,电极的磨损主要发生在电极头部，表现为电极头部的物质转移到被焊工件表面，使得电极磨损，导致电极直径增大和焊接电流密度下降。另外，影响磨损的因素还有在正常焊接规范下电极撞击工件和电极缺乏充足的冷却。,3.合金化,电极的合金化主要发生在电极和镀层钢板的交界面上，合金主要产生在电极工作端面及头部的周围。电极合金化的程度取决于在焊接循环过程中电极与工件交界面作用的温度和时间，镀层元素与电极材料的扩散速度，以及生成物质在电极端面的形核和长大。一般来讲，电极端面与工件作用时间越长、工作温度越高，越易合金化，而合金化的产生不仅使电极

50、端面的电导率下降，提高了焊接时电极表面的温度，加快了合金化，而且影响了电极表面的电流分布。,4.坑蚀,坑蚀是导致电极失效的主要方式之一。在点焊电极焊接镀层钢板时，由于高温的作用，在电极表层产生了低熔点合金，当电极离开工件时，有些低熔点合金在飞溅作用下离开了电极端面，即在电极端面产生了一个小的弧坑，许多小的孤坑连成一起的过程叫坑蚀，坑蚀的结果便形成了蚀坑。蚀坑的产生，提高了坑蚀周围的电流密度和工作压力，导致了蚀坑周围产生更严重的塑性变形和脱落，从而增加了电极端面的直径和降低了焊点直径。,5.热疲劳,点焊电极在工作过程中不仅要在高温下传递压力，而且还承受着加热和冷却的热应力作用，在两者的作用下，产