电阻焊ppt课件

电 阻 焊,电阻焊,1 电阻焊的原理、技术特点及分类 2 电阻焊的工艺及其发展 3 常用金属材料的电阻点焊 4 常用金属材料的电阻缝焊 5 常用金属材料与典型零件的电阻对焊 6 电阻焊接头质量的检验方法和检验标准,电阻焊概念,电阻焊（Resistance Welding） 将焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法 电阻焊主要由点焊、缝焊、对焊等组成,电阻焊基本原理,电阻焊的热源是电阻热 电阻析热,焦耳定律 Q I2 R t,电阻焊基本原理,电阻热是怎样产生的呢？ 时间t不是问题 电流I问题好处理 怎样理解电阻R问题 电流通过有电阻的导体时，将析热，其温度会升高 总电阻R：焊件本身电阻Rw、焊件间接触电阻Rc、焊件与电极间电阻Rew之和,影响电阻焊产热的因素,思考：怎样分析影响因素？ 还是QI2Rt 直接的I、R、t 焊接电流（电流密度也有显著影响 ） 电阻= Rw+Rc+Rew 通电时间 间接的I、R、t 其它因素：通过影响I、R、t,影响电阻焊产热的因素,继续思考：怎样分析影响因素？ 其它因素（QI2Rt，间接的I、R、t ） 电极压力(对R有显著影响 ) 电极端面形状及材料 焊件表面状况,不同金属电阻率还与温度有关 1不锈钢、2低碳钢、3镍、4黄铜、5铝、6纯铜,电阻焊与熔焊的共性和本质区别,接头共同本质：两焊件间有足够量的共同晶粒、依靠原子间结合力结合在一起，构成牢固性、永久性的接头 简单一句话都是焊接 熔焊的基本条件：连接处熔化 电阻焊的基本条件 焊接电源和接触电阻提供的电阻热 电极压力产生的塑性变形 电阻焊与一般熔化焊的物理本质区别：热源的差别以及塑性变形在连接过程的存在,电阻焊与电弧焊相比的显著特征,热效率高 电弧焊是从外部向焊件传导热能 电阻焊是从内部直接加热，热效率较高 思考：从焊接方法物理本质的区别如何分析后续可能存在的一系列“连带区别”？ 缝焊致密 一般，电弧焊缝是在常压下凝固结晶 电阻焊缝是在外界压力作用下结晶，具有锻压的特性。容易避免产生缩孔、疏松和裂纹等缺陷，能获得致密的焊缝,“联想的作用”！不是联想公司的作用,电弧热,电阻热,电阻焊的技术特点,电阻焊的优点 生产率高。快速点焊可达500点/min以上；滚对焊最高焊接速度可达60m/min 接头质量好。不易受有害气体作用，热量集中，热影响区小，变形不大，点、缝焊焊点处于内部，焊件表面质量较好 焊接成本较低。只有正常电耗 劳动条件较好 易于实现机械化、自动化,电阻焊的技术特点,电阻焊的缺点 质量控制较难：焊接过程很快，工艺调整难，无损检验复杂，在重要的承力结构中应慎重选择 设备较复杂 焊件的厚度、形状和接头形式受限制,还有点别的吗？,电阻焊分类,电阻焊的种类很多，可根据所使用的焊接电流波形特征、接头形式和工艺特点进行分类 交流焊电流频率：低频310Hz；工频50(或60Hz)；高频10500kHz 在应用中往往称其全称。如工频交流点焊、直流冲击波缝焊、电容储能对焊、高频对接缝焊、直流点焊(又称次级整流点焊)等,电阻焊应用情况,适用于电阻焊的结构和零件仍然非常广泛。例如，飞机机身、汽车车身、自行车钢圈、锅炉钢管接头、轮船的锚链、洗衣机和电冰箱的壳体等 电阻焊所适用的材料也非常广泛，不但可以焊接碳素钢、低合金钢，还可以焊接铝、铜等有色金属及其合金,电阻焊,1 电阻焊的原理、技术特点及分类 2 电阻焊的工艺及其发展 3 常用金属材料的电阻点焊 4 常用金属材料的电阻缝焊 5 常用金属材料与典型零件的电阻对焊 6 电阻焊接头质量的检验方法和检验标准,电阻焊的工艺,点焊/凸焊的四个基本阶段 预热时间t1、通电加热时间t2、维持时间t3、休止时间t4 不同阶段的电流、压力、时间等工艺参数的关系,电阻焊发展重要历史事件,1856年英格兰物理学家James Joule 发现了电阻焊原理 1885年美国人Elihu Thompson 获得电阻焊机专利权 1912年美国Edward G. Budd 公司生产出第一个使用电阻点焊焊接的全钢汽车身 约1920年使用电阻焊焊接钢管的生产方法(The Johnson Process)获得专利 1949年第一台使用弧焊和电阻焊工艺制造的全焊结构的FORD牌汽车下线 1955年美国托姆.克拉浮德发明高频感应焊,电阻焊的发展,电阻焊接头形成理论研究 学术理论意义/工程实用价值 “点焊熔核孕育处理理论与方法”的研究 赵熹华等研究认为，孕育处理显著提高了点焊接头力学性能，扩大了熔核等轴晶区，使凝固组织晶粒显著细化等。 点焊过程数值模拟研究进展 点焊接头形成过程的数值模拟研究主要集中在点焊过程的热、电、力行为，建立数学模型，进而求解温度场、电流场、电势场和应力/应变场，模拟点焊过程、研究过程机理等,电阻焊的发展,点焊过程数值模拟研究进展,电阻焊的发展,新型工业材料焊接性研究 镀锌钢板和铝合金等由于其物理性能，点焊焊接性很差，尤其是点焊过程中电极的磨损和沾污，严重影响了点焊生产的连续性 镀锌钢板 镀层涂复方法及镀层厚度的影响研究 镀层与电极间相互影响研究，法国T. Dupuy对电极端部损坏研究 熔核结晶形态、缺陷产生机理、力学性能等与参数关系等 对点焊工艺和过程进行模拟和预测 铝合金板 电极粘结和喷溅产生机理及解决措施。如铝合金点焊中飞溅的小波分析研究；在铝合金板两面分别镀不同厚度的铬酸盐层，改变接触电阻大小研究 点焊过程的数值模拟、能量分析等 点焊工艺设计及质量控制的智能化研究,电阻焊的发展,电阻焊质量控制技术：始终是电阻焊领域研究的前沿和热点 基于模糊分类理论的点焊质量等级评判 基于回归分析理论的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 基于数值计算的熔核直径在线自适应控制,电阻焊的发展,电阻焊新工艺 随机多脉冲回火热处理点焊 精密脉冲电阻对焊 导热电阻缝焊 次级整流电阻焊机和逆变式电阻焊机是电阻焊机的主要发展方向 新型点焊机器人,电阻焊,1 电阻焊的原理、技术特点及分类 2 电阻焊的工艺及其发展 3 常用金属材料的电阻点焊 4 常用金属材料的电阻缝焊 5 常用金属材料与典型零件的电阻对焊 6 电阻焊接头质量的检验方法和检验标准,常用金属材料的电阻点焊,1)点焊接头形成 2)点焊接头设计 3)点焊方法 4)点焊工艺 5)常用金属材料的点焊 6)点焊设备 7)点焊电极 8)点焊的变式凸焊介绍,点焊接头形成,点焊是在电极压力作用下，通过电阻热来熔化金属，断电后在电极压力作用下结晶而形成接头。同时，在接头周围形成一个塑性环 塑性环可阻止气体侵入和熔核液态金属喷溅 点焊循环包括预压、通电加热、锻压和休止四个相互衔接的阶段,点焊接头形成,预压阶段 使焊件紧密接触，获得稳定的接触电阻 通电加热阶段 保证在电极夹持处两焊件接触面上开始熔化，形成熔核 锻压阶段 当熔核达到合适的形状与尺寸后，切断焊接电流，熔核在电极压力作用下冷却结晶,1) 阻焊变压器 2) 电极 3) 焊件 4) 熔核,点焊接头设计,点焊接头形式：搭接、折边 由两个或以上等厚或不等厚度的焊件组成 点焊接头和结构的设计原则 边距不宜过小/搭接量足够/点距合适/装配间隙尽量小/电极可达,a)搭接接头 b)折边接头 e点距 b边距,点焊接头设计,点距合适 为限制分流，应有合适的点距，其最小值与焊件厚度、金属的导电率、表面清洁度以及熔核的直径有关。表为推荐的最小点距,点焊方法,通常按电极馈电方向在一个点焊循环中所能形成的焊点数分类，主要包括： 双面单点焊 单面双点焊 单面单点焊 双面双点焊 多点焊,点焊方法,a）双面单点焊 b）单面双点焊 c）单面单点焊,a）b） c）,点焊方法,d）双面双点焊 e）多点焊,点焊工艺焊前清理,焊前清理，并严格规定存放时间 点焊电流大、阻抗小，二次侧电压低 焊件表面氧化膜、油污等直接影响热量析出、熔核形成及电极寿命，并导致缺陷产生和强度降低 焊前对焊件表面进行清理是十分关键、重要的工序 常用方法：机械清理、化学清理,点焊工艺选择工艺参数,点焊工艺参数主要包括 焊接电流 通电时间 电极压力 电极工作端面的形状和尺寸 选择工艺参数主要取决于金属材料的性质、板厚、结构形式等,点焊工艺参数焊接电流,点焊最主要的参数 AB段：陡峭形。由于焊接电流小，不能形成熔核或熔核尺寸过小，因此焊点抗剪载荷较低且很不稳定 BC段：平稳上升。随着电流增加，熔核稳定增大，抗剪载荷不断提高 临近C点抗剪载荷变化不大（板间翘离限制了熔核直径扩大） 焊件越厚，BC段越陡峭，即电流变化对抗剪载荷影响越敏感 C点后段：由于电流过大，引起过热，形成喷溅，压痕过深等，性能降低,抗剪载荷与电流关系 1厚度大于1.6mm 2厚度小于1.6mm,点焊工艺参数焊接电流,点焊最主要的参数,抗剪载荷与电流关系 1厚度大于1.6mm 2厚度小于1.6mm,电流小，不能形成熔核或尺寸过小，焊点抗剪载荷较低,电流增加，熔核稳定增大，抗剪载荷不断提高,电流过大，引起喷溅、压痕过深等，性能降低,点焊工艺参数通电时间,对接头力学性能的影响与焊接电流相似。应注意两点： 第一，C点以后曲线并不立即下降。这是因为尽管熔核尺寸已经达到饱和，但塑性环还可有一定扩大，因此一般不会产生喷溅 第二，通电时间对接头塑性指标影响较大，尤其对承受动载荷或有脆性倾向的材料（可淬硬钢、铝合金等），较长的通电时间将产生较大的不良影响,抗剪载荷与通电时间关系 1厚度1mm 2厚度5mm,点焊工艺参数电极压力,点焊电极压力一般数千牛，电极压力过大或过小都会使焊点强度降低和外散性变大 当电极压力过小时，由于焊接区金属的塑性变形不足，造成因电流密度过大引起加热速度增大，而塑性环又来不及扩展，从而产生严重喷溅。这不仅使熔核形状和尺寸发生变化，而且污染环境和不安全 电极压力过大，将使焊接区接触面积增大，总电阳和电流密度均减小，因此熔核尺寸变小，严重时会产生未焊透缺陷 一般认为在增大电极压力的同时，适当加大焊接电流和延长通电时间，可使焊点强度维持不变，稳定性亦可大大提高,抗剪载荷与电极压力关系 a)增大电极压力 b)增大压力时延长时间或增大电流,点焊工艺参数电极工作端面形状和尺寸,图为锥台形电极端面直径de对熔透率A和熔核直径ds的影响 de增大时，电极与焊件接触面积增大，电流密度减小，散热效果增强，焊接区加热程度减弱，熔核尺寸减小，焊点强度降低 上述是关于单一参数对强度的影响。实际点焊时应综合考虑参数相互之间的制约关系，从而合理选择参数，才能获得最佳质量,常用金属材料的点焊低碳钢,碳含量0.25的低碳钢和碳当量0.3%的低合金钢，其点焊焊接性能良好，采用普通工频交流点焊机，简单焊接循环，无需特别的工艺措施，即可获得满意的焊接质量。技术要点： 焊前冷轧板表面可不必清理，热轧板去除氧化皮、锈 建议采用强规范，碳当量大将产生一定淬硬倾向，但一般不影响使用 厚板(3mm)时建议选用带锻压力的压力曲线，带预热脉冲电流或断续通电的多脉冲点焊方式，选用三相低频焊机焊接 低碳钢属于铁磁性材料，当焊件尺寸大时应考虑分段调整焊接参数，以弥补因焊件伸入焊接回路过多而引起焊接电流的减弱,常用金属材料的点焊低碳钢,低碳钢点焊焊接参数,常用金属材料的点焊不锈钢,不锈钢的电导率比较低，仅为低碳钢的1/51/6；热导率也低，为低碳钢的1/3，可采用小电流和短时间来焊接 不锈钢具有较高的高温强度，必须采用较大的电极压力，以防止产生缩孔、裂纹等缺陷 不锈钢的点焊焊接参数,常用金属材料的点焊铝合金,铝合金分为冷作强化型如2A21(LF2l)、5A02(LF2)、5A06(LF6)等和热处理强化型如2A12CZ(LY12CZ)、7A04CZ(LC4CS)等两大类 铝合金点焊焊接性较差，尤其是热处理强化型铝合金，应采取如下措施： 焊前严格清理、存放时间不宜过长，否则极易引起飞溅和熔核成形不良 选用强规范、大容量焊机，才能形成熔核(铝合金的电导率和热导率较大) 选用电导率和热导率均高的电极，加强电极对焊点的冷却作用，电极经常修整 焊机应能提供形成马鞍形电极压力和缓升缓降的电流，电极随动性应好,常用金属材料的点焊铝合金,在直流冲击波点焊机上铝合金焊接参数,点焊设备,功能要求 能以一定压力压紧焊件，并能向焊接区传送电流 组成 机座、焊接变压器、加压机构及控制箱等,点焊设备,HH204SM电阻点焊机实际外形,电极,点焊设备,按特征分类的点焊机种类 按用途分：通用型、专用型和特殊型 按安装方式分：固定式、移动式或轻便式(悬挂式) 按电流波形分：交流型、低频型、电容储能型和直流型 按加压机构传动方式分：脚踏式、电动凸轮式、气压式、液压式和复合式 按活动电极移动方式分为垂直行程式、圆弧行程式 按焊点数目分为单点式、双点式和多点式,点焊电极电极材料要求,电极的作用是对焊件施加压力并向焊接区传输电流，因此应满足如下要求： 高的电导率和热导率，以延长电极的使用寿命，改善焊件表面受热状况 高的高温强度和硬度，具有良好的抗变形和抗磨损能力 高温下与焊件形成合金的倾向小，物理性能稳定，不易粘附 材料成本低，加工方便，变形或磨损后便于更换 综合性能考量。电极材料主要是铜和铜合金，或钨、钼等。,点焊电极电极结构,点焊电极由端部、主体、尾部和冷却水孔四部分组成 五种形式标准电极 特殊形状电极： 图a，普通弯电极 图b，尾部和主体刻有水槽的弯电极，常用于不锈钢和高温合金 图c，增大横断面的电极,点焊的变式凸焊,凸焊：利用零件原有型面、倒角、底面或预制的凸点焊到另一个面积较大的零件上的电阻焊方法，如图 由于凸点接触，提高了单位面积上的压力和电流，故可用较小的焊接电流。也可采用多点，以提高生产率和减小接头变形。凸焊时使用平面电极，焊件表面平整无压痕，电极寿命长 凸焊可用通用点焊机，也可用专用凸焊机 凸焊多用于成批生产仓口盖、筛网、管壳以及T形、十字形、平板等，如图,凸焊接头形成,其过程与点焊相似 预压阶段 凸点变形，与下板贴合面增大，使导电通路面积稳定，也破坏氧化膜，接触比点焊更好 通电加热阶段 两个过程：凸点压溃、形核 特点：电流将集中流过凸点贴面。当采用预热电流时，凸点的压溃较为缓慢，凸点尚未完全压平，随着焊接电流的接通，凸点才彻底被压平。凸点压溃，两板贴合后形成较大的加热区，随着加热的进行，由个别接触点的熔化逐步扩大，形成足够尺寸的熔核和塑性环。 冷却结晶阶段 与点焊熔核的结晶过程相似,凸焊接头设计,凸焊须预先制备凸点，凸点形状如图，其中以半圆形和圆锥形应用最广 圆锥形凸点刚度大，可预防凸点过早压溃，还可减少因电流线过于密集而发生飞溅。为防止压塌的凸点金属挤压在加热不良的周围间隙内而引起电流密度的降低，也可用带溢出环形槽的凸点,凸焊参数、常焊材料和凸焊机,凸点形状尺寸确定后，焊接电流、通电时间及电极压力等参数对接头质量的影响和点焊相似 但是凸焊电极压力对接头强度的影响比点焊时要严重得多，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，造成严重飞溅，甚至烧穿焊件；若电极压力过大，又将使通电前凸点预变形量太大，失去凸焊意义 低碳钢板凸焊应用最广，镀锌钢板凸焊应用较多 凸焊机结构与点焊机类似，只是凸焊机一般采用平板形电极，要求活动部分灵敏,典型点焊机和凸焊机的主要技术参数,电阻焊,1 电阻焊的原理、技术特点及分类 2 电阻焊的工艺及其发展 3 常用金属材料的电阻点焊 4 常用金属材料的电阻缝焊 5 常用金属材料与典型零件的电阻对焊 6 电阻焊接头质量的检验方法和检验标准,2.5常用金属材料的电阻缝焊,1)缝焊的特点、分类及应用 2)缝焊参数的选择 3)常用金属材料的缝焊 4)缝焊设备,缝焊的特点、分类及应用,缝焊即连续点焊，将焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并且转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝 按熔核重叠度不同，分为滚点焊和气密缝焊,缝焊的特点、分类及应用,根据旋转滚轮与通电的机-电方式，缝焊分三种基本类型 连续缝焊 机-电特点：滚轮连续旋转、焊件等速移动，电流连续通过，每半周形成一个焊点。设备简单，生产率高，一般焊接速度为1020m/min。但滚轮和焊件表面均有强烈过热，滚轮磨损严重，焊件表面易下凹。通用于薄板或不重要结构 断续焊接 机-电特点：滚轮连续旋转、焊件等速移动，电流断续通过，每通断一次，形成一个焊点。应用最广，电流采用工频交流或电容储能电流波形，用以制造黑色金属密封焊缝，焊速一般为0.5-4.3m/min,缝焊的特点、分类及应用,根据旋转滚轮与通电的机-电方式，缝焊分三种基本类型 步进缝焊 机电特点：滚轮断续旋转、焊件相应断续移动、电流在电极与焊件皆静止时通过并形成一个焊点。焊点形成后滚轮电极重新旋转，焊件前移一定距离。焊接质量高，电流采用直流冲击波、三相低频和次级整流波形，用以制造铝合金、镁合金等密封焊缝。焊速较低0.20.6m/min,缝焊的特点、分类及应用,气密缝焊应用较广。缝焊在汽车、拖拉机、飞机发动机、密封容器等产品的制造中得到广泛应用 缝焊广泛应用于家用电器（电冰箱壳体等）、交通运输（汽车、拖拉机油箱等）、及航空航天（火箭燃料储箱等）工业中要求密封性的接头制造上，有时也用来连接普通钣金件。被焊材料的厚度通常在0.12mm之间 工频交流断续缝焊应用最广,缝焊参数的选择,主要参数：焊接电流、电流脉冲时间和脉冲间隔时间、电极压力、焊接速度和滚轮电极瑞面尺寸等 焊接电流 考虑分流，电流应比点焊增加15-40。 一般随着焊接电流的增大，焊透率及重叠量增加。但应注意经济性 电流脉冲时间和脉冲间隔时间 控制熔核重叠量，二者应配合。脉冲间隔时间增加，焊透率及重叠量将下降 电极压力 与对点焊过程的影响相似，缝焊电极压力比点焊时增加20%50% 焊接速度 最重要的影响参数之一。随着焊速增加，强度降低。用加大电流来提高焊速以提高生产率是困难的,缝焊参数的选择,主要参数： 滚轮电极端面尺寸和形式 滚轮瑞面与焊件表面相接触，常用直径D=180250mm 直径大利于散热，但需结构允许 参数选择的注意事项 为了满足密封性和耐蚀性，应注意参数对焊透性和重叠性的影响 注意实际各参数匹配的关系,常用金属材料的缝焊低碳钢,低碳钢具有适度的塑性和导电性，易得到优质的缝焊接头 特别注意热轧钢板的焊前清理 焊缝较长时，为防止磁性钢引起回路阻抗和电流的变化所造成的影响，可采取如下措施： 分两次焊接，从中间焊至两端 长缝应分段施焊，用不同工艺参数焊接，以抵消焊接电流的变化 采用次级整流焊机 采用具有恒流控制功能的控制箱,常用金属材料的缝焊不锈钢,不锈钢电导率和热导率都较低，宜采用较小的电流和短的通电时间 不锈钢高温强度高，须采用较大的电极压力和中等的焊接速度 不锈钢线膨胀系数较低碳钢大，应注意防止焊件变形 为防止过热引起的碳铬化合物析出，应选择合适的缝焊焊接参数，并加强外部水冷,常用金属材料的缝焊铝合金,铝合金电导率高、分流严重，焊接电流要比点焊时提高1550，电极压力提高510 滚轮电极粘连较严重，应增加拆修次数 电极压力的压实作用比点焊差，易造成裂纹、缩孔等缺陷，应降低焊接速度 重要焊件宜使用步进式缝焊，以提高焊缝的强度,缝焊设备,缝焊机的结构如图,缝焊设备,缝焊机的分类 按焊件移动方向：纵缝焊机、横缝焊机及圆缝焊机。 按馈电方式：双侧缝焊机和单侧缝焊机 按滚轮电极数目：双轮缝焊机和单轮缝焊机 按缝焊方法：连续缝焊机、断续缝焊机和步进式缝焊机 按加压机构传动方式：脚踏式、电动凸轮式和气压式缝焊机 按安装方式：固定式缝焊机和移动式缝焊机,电阻焊,1 电阻焊的原理、技术特点及分类 2 电阻焊的工艺及其发展 3 常用金属材料的电阻点焊 4 常用金属材料的电阻缝焊 5 常用金属材料与典型零件的电阻对焊 6 电阻焊接头质量的检验方法和检验标准,对焊的特点和应用,对焊：利用电阻热，然后在两工件整个端面上加压形成接头方法 对焊是一种高效率、易实现过程自动化的焊接方法 具体应用 在批生产中应用广泛 接长焊件或毛坯，焊接环形和闭合焊件，制造锻焊、冲焊联合结构，以及合理利用金属材料等，常用的如图 对焊按加压和通电方式分为 电阻对焊、闪光对焊及滚对焊 滚对焊包括低频和高频对接缝焊，后者常用 换角度考虑：将点焊的电极直接焊上铜电极换为钢电极电极特性 注意比较学习法,电阻对焊接头形成过程,预压阶段 预压压强小，清除作用不如点焊充分 通电加热阶段 首先是一些接触点被迅速加热、升温、压溃，使接触表面紧密贴合 随着接触面温度急剧升高，在压力作用下焊件发生塑性变形 顶锻阶段 变压力方式。顶锻力不等于焊接压力，主要用于合金钢、有色金属及其合金 等压方式。顶锻力等于焊接压力，其加压机构简单，便于实现，但顶锻效果不好,电阻对焊选择参数,电阻对焊的主要参数：伸出长度、电流密度、通电时