第1章 电阻焊的加热

1、电阻焊（resistance welding）： 焊件组合后通过电极施加压力压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热电阻热进行焊接的方法。又称接触焊。 电阻焊的物理本质： 利用焊接区金属本身的电阻热金属本身的电阻热和大量塑性变形能大量塑性变形能量量，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。因此，适当的热机械（力）作用是获得电阻焊优质接头的基本条件。第一章第一章 电阻焊的加热电阻焊的加热 电阻焊分类电阻焊分类1.1电阻焊的热源及其特点电阻焊的热源及其特点电阻焊的热源是电阻热电阻热。 电流的热效应：导体电阻吸收的

2、电能转换成热能。 电阻焊时，当焊接电流通过两电极间的金属区域焊接区时，由于焊接区具有电阻，亦会析热，并在焊件内部形成热源内部热源内部热源。 一、电阻焊的热源一、电阻焊的热源根据焦耳定律，焊接区的总析热量Q=I2Rt (11)式中I焊接电流的有效值； R焊接区总电阻的平均值； t焊接电流的时间。QrdtiQt02由于在电阻焊过程中，焊接电流和焊接区电阻并非保持不变，因此焊接热源总析热量的确切表达式为：焊接区示意图和等效电路图a)点焊 b)对焊R焊接区总电阻 Rew电极与焊件间接触电阻 Rw焊件内部电阻 Rc焊件间接触电阻对于点焊和缝焊，焊接热源总析热量还可以写成 dtrrriQwewct)22(

3、02crewr2wr2焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间的函数；电极与焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间的函数；焊件内部电阻的动态电阻值，是时间的函数。 对于对焊，由于夹钳电极对焊件的夹紧力很大，所以电极与焊件间接触电阻很小。同时，该电阻又远离接合面，其析热对加热过程所起作用甚小，可忽略不计。故dtrriQwct)2(02二、电阻焊热源的特点二、电阻焊热源的特点 电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源（电弧、气体火焰）相比，对焊接区的加热加热更加迅速、集中。更加迅速、集中。 电阻焊的加热过程与金属材料的热物理性质材料的热物理性质（尤其是材料的导电性和导热性）关系密切。 综上所述，电阻焊

4、的热源是电阻热。产生电阻热的内在因素是焊接区具有一定的电阻，产生电阻热的外部条件是电阻焊时焊接区要通以强大的焊接电流。由于该热源产生于焊件内部，具有内部热源的特点。 1.2点焊时的电阻及加热点焊时的电阻及加热、点焊时的电阻、点焊时的电阻RRc2Rew2RwR 点焊焊接区总电阻Rc 焊件接触电阻2Rew 电极与焊件间接触电阻2Rw 焊件本身的内部电阻 1.接触电阻Rc2Rew接触电阻是一种附加电阻附加电阻，通常指的是在点焊电极压力下所测定的接触面（焊件焊件接触面、焊件电极接触面）处的电阻值。形成的原因：接触表面微观上的凹凸不平凹凸不平及不良导体不良导体（表面氧化膜、油、锈以及吸附气体层等）的存在

5、所致。 接触电阻的形成接触电阻的形成1电流线 2实际接触点 3不良导体膜影响接触电阻的主要因素：(1)表面状况 清理方法清理方法、加工表面的粗糙度粗糙度及焊前存放时间焊前存放时间表面清理方式Rc/表面清理方式Rc/酸洗300带有氧化铁皮和绣的表面500000用金刚砂轮清理表面100切削加工的表面1200方法同上，清理后敷油300锉加工的表面280方法同上，清理后又生锈80000研磨的表面110带有氧化铁皮的表面80000不同清理方法时的接触电阻Rc 接触电阻与电阻压力间关系（板厚=1mm） 1低碳钢 2铝合金(2)电极压力影响金属的弹性与塑性变形变形、改变接触面的凹凸不平凹凸不平、破坏不良导体

6、膜不良导体膜。电极压力对接触电阻的影响(3)加热温度 热物理性能变化热物理性能变化（包括电阻、变形能力等）温度升高金属变形阻力下降，塑性变形增大，接触电阻急剧降低直至消失。钢材温度升高到600、铝合金温度350时的接触电阻均接近为零。加热温度对接触电阻的影响（a）总的电阻分配情况（b）动态电阻分布 存放时间对接触电阻的影响存放时间对接触电阻的影响电极压力Fw=130N 2电极压力Fw=610N（测试条件：1.钼箔、板厚=0.2mm；2.表面经三氯乙烯去油后双氧水浸泡15min；电极材料为纯钨；4.空气中存放）(4)存放时间awccFrRcrcr室温下的接触电阻可按以下数值关系(经验公式)计算：

7、 ( 15)式中 恒定系数，Fwlkgf时的接触电阻， 单位为； Fw电极压力，Fw单位为kgf与材抖性质有关的指数。式(15)中，cr可由试验求得 (5)接触电阻的计算2.焊件内部电阻焊件内部电阻2Rw 电流场与电流密度分布a)导线中的电流场与电流密度分布 b)单块板中的电流场与电流密度分布 c)点焊时的电流场与电流密度分布 i电流线 j电流密度 j平均电流密度边缘效应(fringing effect) 电流通过板件时，其电流线在板件(单块板)中间部分将向边缘扩展，使电流场呈现鼓形的现象。显然，当焊接电流通过重叠的两焊件时，由于边缘效应，电极下的电流场将呈双鼓形。电阻区域的体积要大于以电极焊

8、件接触面为底的圆柱体体积 是一种仅与几何因素有关的物理现象 绕流现象 点焊加热是不均匀的，焊接区内各点温度不同(由于热传导，通常中心温度高而向边缘温度逐浙降低)，电阻率亦不同，这就引起焊接电流绕过较热部分金属呈现绕流现象，进一步促进电流场向边缘扩展。 焊件的内部电阻可由下式近似确定：4d222021TwKKR (16)式中 K1 边缘效应引起电流场扩展的系数； K2 绕流现象引起电流场扩展的系数； T焊接区金属的电阻率； 单个焊件的厚度； d0 电极与悍件接触面直径。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捍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

9、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2Rw，这些因素可归纳为：金属材料的热物理性质()、机械性能()、点焊规范参数及特征(电极压力Fw及硬、软规范)和焊件厚度()等。 应该指出，点焊加热过程中，焊接区这一不均匀加热的非线性空间导体，其形态和温度分布始终处于不断变化中。焊件的内部电阻2rw也具有复杂的变化规律。 3总电阻R 不同的金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻r的变化规律相差甚大。不锈钢、钛合金等材料呈单调下降的特性；铝及铝合金在加热初期呈迅速下降后趋于稳定；而低碳钢在点焊加热过程中其总电阻r的变化曲线上却明显的有一峰值。金属加热状态图典型材料的动态电

10、阻比较1低碳钢 2不锈钢 3铝低碳钢动态电阻曲线 低碳钢典型动态电阻曲线下降段(t0t1)由于接触电阻的迅速降低及消失所造成上升段(t1t2)随着加热进行，焊接区温度升高，金属电阻率增加很快 再次下降段(t2t3) 平稳段(t3以后) 实际生产中可以利用低碳钢点焊加热过程中这一电阻变化规律进行质量监测或监控，称“动态电阻法”。 二、点焊时的加热的影响二、点焊时的加热的影响1.电阻对点焊加热的影响 内部电阻2Rw的析热量约占内部热源Q的9095，是形成熔核的热量基础。同时，内部电阻2Rw与其上所形成的电流场，共同影响点焊时的加热特点及焊接温度场的形态相变化规律。 点焊时的电阻是产生内部热源电阻热

11、的基础，是形成焊接温度场的内在因素。 2.电流场及其对点焊加热的影响 焊接电流是产生内部热源电阻热的外部条件，它通过二个途径对点焊的加热过程施加影响。其一，调节焊接电流有效值的大小会使内部热源的析热量发生变化，影响加热过程；其二，焊接电流在内部电阻2Rw上所形成的电流场分布特征，将使焊接区各处加热强度不均匀，从而影响点焊的加热过程。 3点焊时的热平衡Q21QQQ5432QQQQ5431QQQQQ1Q2Q3Q4QQ点焊时，焊接区析出的热量 并不能全部用来熔化母材金属，其中大部分将因向邻近物质的热传导、辐射而损失掉。其热平衡方程式如下：即 溶化母材金属形成熔核的热量；由于散热而损失的热量；通过电极

12、热传导损失的热量；的大小取决于焊接规范特征和金属的热物理性质。 通过对流、辐射散失到空气介质中的热量。一般认为，点焊热平衡组成 焊接电流有效值计算简图4点焊时的温度场 温度场是某一时刻下焊件上各点温度的总称，是点焊加热过程中析热和散热相互作用的结果，也是最终决定熔核形状、尺寸及位置的本质因素。 目前用实验方法测量点焊温度场仍存在着一定困难，这不仅因为焊点尺寸小而又被粗大的电极遮盖，同时也在于温度对时间的变化非常之快和温度的分布极不均匀。 用数值法(采用有限单元法)对温度场的热传导微分方程求近似解，用所得数据绘制出断电时刻温度场分布图形。 点焊断电时的温度场（电子计算机计算数据绘制）熔核形状与规

13、范特征的关系1硬规范 2软规范1.3对焊时的电阻及加热对焊时的电阻及加热对焊分为电阻对焊和闪光对焊二种。一、电阻对焊时的电阻及加热特点一、电阻对焊时的电阻及加热特点电阻对焊焊接区总电阻R由焊件间接触电阻Rc及焊件本身的内部电阻2Rw共同组成(参见l1b)。即 RRc十2Rw)1(ttRrciirttSlmRTw22这里，按触电阻Rc与点焊时的接触电阻具有相同的特征。室温下的Rc可用式（15）来计算，而焊接过程中的变化值，可用下式近似估算： 瞬时的接触电阻； 某瞬时间； 焊接时间。焊件内电阻2Rw可由下式确定： 式中 m趋表效应系数； l焊件的调伸长度； S焊件的截面积。二、闪光对焊时的电阻及加

14、热特点 闪光对焊焊接区总电阻仍可用RRc+Rw表示之。焊件内部电阻亦可出式(119)近似估算，T可根据闪光对焊时温度分布曲线来确定。 闪光对焊时的接触电阻Rc取决于同一时间内对口端面上存在的液体过梁数目、它们的横截面面积以及各过梁上电流线收缩所引起的电阻增加。Rc可按以下经验公式近似予以计算 （124）式中K7考虑钢材性质的系数。对碳钢、低合金钢K71，对奥氏体钢K71.1； 闪光速度，单位为cm/s； j电流密度，j单位为A/mm2。)(109500631327jvSKRfc 闪光对焊时的总电阻r变化规律见图。闪光对焊时的接触电阻rc较大，在焊钢时约为1001500，并在闪光过程中始终存在。随着闪光过程的进行，零件的接近速度加大、液态过梁的数目和横截面面积增大，导致rc减小。焊件内部电阻2rw，由于光闪时的加热而增大，但始终小于rc。在整个闪光阶段由于rc的降低超过2 rw的增加，故总电阻r呈下降趋势。顶锻开始时由于两零件端面相互接触、液态过梁突然消失，因而r急剧下降，以后的变化规律同于2rw。 由于电阻的上述特点，闪光对焊时接触电阻Rc对加热起主要作