电阻焊-接头质量控制

Chapter6电阻焊的质量控制压力焊1.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。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。1.1搭接接头中的缺陷未熔合与未完全熔合缩孔裂纹结合线伸入喷溅压痕过深1.未熔合与未完全熔合未熔合与未完全熔合：是指母材与母材之间未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的零件之中。原因：焊接区热输入不足及散失热量过多。检验：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。预防：加强焊接参数的监控。2.缩孔产生原因：

金属加热时体积膨胀，当熔核金属为液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。影响：

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。2.缩孔影响因素：

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。预防：

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。3.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，熔核内部裂纹的长度应限制在不超过熔核直径的1／3。预防：

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。4.结合线伸入产生原因：

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。影响：

该处应力集中，极易在运行时扩展成裂纹，一般不允许存在。5.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，严重时形成烧穿，影响使用性能。6.压痕过深影响：

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％。预防：

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。1.2对接接接头中中的缺缺陷错位表面烧烧伤未焊透透灰斑铁素体体带（（白带带）层状撕撕裂脆性组组织1.错位错位是是指两两被焊焊部分分的轴轴线在在接头头上不不相交交而造造成偏偏差。。结果：：错位造造成焊焊着面面积的的减少少，影影响力力学性性能，，故一一般技技术条条件中中的对对此均均有规规定。。产生原原因：：焊机刚刚度不不够、、顶锻锻力过过大及及伸出出长度度过长长等。。预防:最有效效的是是缩短短伸出出长度度。2.表面烧烧伤部位：：表面烧烧伤产产生在在钳口口夹持持部位位而非非焊口口上。。原因：：当夹紧紧力过过小或或夹持持部位位焊件件表面面清理理不佳佳时，，电流流分布布疏密密严重重不一一，引引起局局部烧烧伤；；当焊焊接可可淬硬硬钢时时，由由于水水冷钳钳口与与焊件件温差差很大大，还还可在在钳口口外侧侧产生生裂纹纹。2.表面烧烧伤预防：焊前应应对焊焊件的的夹持持导电电部位位彻底底清除除氧化化杂质质，直直至露露出金金属光光泽。夹紧力力必须须足够够大。。焊接合合金钢钢时，，水冷冷导电电块内内侧与与焊件件接触触处应应修成成圆滑滑过渡渡，以以免温温差过过陡及及应力力集中中引发发裂纹纹。3.未焊透透未焊透透是指指对接接焊缝缝深度度未达达到设设计要要求的的现象象。在焊口口内部部存在在大量量夹杂杂物，，原始始界面面未完完全消消失，，严重重时稍稍作敲敲打即即可断断成两两截。。这是是最危危险的的缺陷陷。未焊透透主要要由顶顶锻不不足引引起的的，在在去毛毛刺前前从接接头外外形可可初步步判别别。检测：：已去毛毛刺或或机械械加工工后的的零件件中，，仅有有扩展展到表表面的的未焊透可可用磁磁粉、、萤光光等法法检出出，内内部未焊透可可用超超声波波检测测。4.灰斑闪光对对焊时时在端端面形形成一一薄层层液态态金属属，而而其表表面必必有氧氧化膜膜。顶锻时时当氧氧化膜膜不能能完全全随液液态金金属挤挤出接接口时时，将残留留在接接口局局部组组成脆脆性的的灰斑斑区，，而在在冷弯弯或冲冲击时时极易易在此此开裂裂。预防：：加大顶顶锻留留量，彻底挤挤出液液态金金属面面上的的氧化化物，是很有有效的的手段段。5.铁素体体带（（白带带）现象：：碳素钢钢闪光光对焊焊的接接头金金相试试样上上，常常出现现一条条窄的的铁素素体明明显富富集带带，色色泽淡淡于基基体。。此区区硬度度低、、强度度亦低低。在静载载时因因带窄窄而反反映不不出强强度下下陷，，但动动载性性能则则有所所下降降。形成原原因：：闪光时时碳元元素先先于其其它元元素烧烧损，，后续续碳元元素来来不及及扩散散而引引起贫贫碳现现象。。预防：减少加加热宽宽度与与适当当增大大顶锻锻留量量。6.层状撕撕裂某些铝铝及铝铝合金金闪光光对焊焊时，，在较较大的的顶锻锻留量量下，，轧制制纤维维各层层的扭扭曲程程度不不同，，而层层间的的带状状夹杂杂物在在位移移时极极易开开裂呈呈层状状撕裂裂。预防：：采用强强迫成成形顶顶锻工工艺，，改变变接头头处受受力状状态。。选用合合适的的焊接接参数数，以以保证证在最最少的的顶锻锻留量量下完完全挤挤出液液态金金属。。7.脆性组组织焊接高高碳钢钢、合合金钢钢等时时，由由于温温度差差别大大，冷冷却快快，常出现现淬硬硬组织织，有时会会发展展成裂裂纹。。一般均均需作作后热热处理理。对对裂纹纹倾向向大的的材料料，必必须从从工艺艺上采采取措措施，，防止止冷却却过快快。2.电阻焊焊接头头的质质量检检验1.电阻焊焊接头头的等等级划划分一级：：承受很很大的的静、、动载载荷或或交变变载荷荷。接接头的的破坏坏会危危及人人员的的生命命安全全。二级：：承受较较大的的静、、动载载荷或或交变变载荷荷。接接头的的破坏坏会导导致系系统失失效，，但不不危及及人员员的安安全。。三级：：承受较较小静静载荷荷或动动载荷荷的一一般接接头。。2.接头检检验方方法与与内容容破坏性性检验验撕破检检验断口检检验低倍检检验金相检检验力学性性能试试验无损检检验目视检检验密封性性检验验射线检检验超声波波检验验其它检检验破坏性性检验验破坏性性检验验能提提供各各种确确切的的定量量数据据，如如力学学性能能、熔熔核尺尺寸、、缺陷陷性质质和多多寡以以及耐耐腐蚀蚀性能能等。。因此此是取取得接接头质质量定定量数数据的的主要要手段段。但检验验试祥祥已经经破坏坏，而而实际际产品品仍未未直接接检验验，因因此检检验结结果仅仅能提提供代代表性性的参参考信信息。。如何何使试试祥更更真实实地代代表产产品本本身，，是一一个复复杂的的数学学问题题。因因此在样品品的分分组、、取样样数量量和方方法上上各专专业标标准均均作具具体现现定。撕破检检验这是一一种针针对薄薄板点点、凸凸和缝缝焊接接头的的简易易检验验方法法，用用于粗粗略判判断熔熔核大大小和和力学学性能能。便于现现场操操作，，常用用来作作为确确定焊焊接参参数的的前期期筛选选手段段和生生产中中考查查质量量稳定定性的的自检检手段段。断口检检验这是一一种针针对对对焊接接头检检验的的简易易现场场检验验方法法，亦亦用于于确定定焊接接参数数的前前期筛筛选及及生产产过程程中定定期自自检。。断口检检验的的内容容有无裂裂纹、、过烧烧和夹夹杂等等缺陷陷；观察到到灰斑斑的多多寡与与分布布状态态。这是观察察灰斑斑分布布情况况的唯唯一方方法。。低倍检检验适用场场合：：主要要针对对点、、凸及及缝焊焊接头头。具体步步骤：：磨片片、腐腐蚀、、读数数显微微镜检检验。检验内内容：：测定熔熔核直直径、、焊透透率及及压痕痕深度度等数数值观察有有无宏宏观缩缩孔、、裂纹纹和夹夹杂等等缺陷陷的数数量。。金相检检验用于检检验接接头显显微组组织，，如结结晶特特征、、组织织形貌貌及微微观缺缺陷等等，亦亦用于于鉴别别冶金金缺陷陷如裂裂纹、、胡须须等。。点、凸凸和缝缝焊时时，一一般仅仅作为为对低低倍捡捡验疑疑问的的裁定定手段段；对焊时时常作作为重重要产产品的的必检检项目目。电阻焊焊接头头力学学性能能试验验无损检检验无损检检验以以不损损坏产产品使使用性性能为为前提提的检检测方方法，，可以以推广广到每每个零零件的的每个个焊接接接头头，因因此是是保证证产品品安全全的最最可靠靠手段段。但在电电阻焊焊接头头中由由于接接头的的特殊殊性，，仅有有少量量方法法获得得工业业应用用，大大多数数方法法处于于实验验研究究阶段段。目视检检验目视检检验是是用小小于20倍倍的放放大镜镜作外外部缺缺陷的的检验验。此法能能发现现表面面裂纹纹、烧烧穿、、压痕痕过深深、电电极粘粘附、、焊件件错位位等多多种外外表缺缺陷。。同时时，从从接头头外形形尚能能对焊焊透情情况粗粗略判判断。。密封性性检验验任何有有密封封要求求的焊焊缝均均作密密封性性检验验。要求作作此项项检验验的焊焊缝有有缝焊焊、对对接缝缝焊和和对焊焊几类类。射线检检验射线检检验在在压力力容器器制造造业广广为采采用，，它能能有效效地发发现焊焊接区区的裂裂纹、、夹杂杂、末末焊透透及缩缩孔等等缺陷陷。在电阻阻焊接接头中中，亦亦可用用来发发现裂裂纹、、缩孔孔及内内部飞飞溅等等。点焊及及缝焊焊接头头一船船均用用于薄薄板结结构，，除少少数热热敏感感性强强的合合金钢钢和有有色合合金外外，较较少出出现裂裂纹，，其它它缺陷陷对强强度影影响较较少。。而影影响强强度最最敏感感的熔熔核大大小一一般用用射线线检验验。超声波波检验验超声波波检验验主要要用于于厚板板探伤伤。在点、、缝焊焊等的的薄板板焊件件中未未见应应用报报导。。在大型型对接接零件件的探探伤检检阅中中该法法应用用甚广广。例如铁铁路钢钢轨对对接焊焊接头头、石石油钻钻杆对对接焊焊口等等均采采用该该法。。它能发发现末末熔合合、夹夹杂物物和裂裂纹等等缺陷陷。但但对严严重影影响塑塑性指指标的的灰斑斑缺陷陷尚不不能用用此法法检验验。其它检检验方方法磁粉、、涡流流和萤萤光这些方方法均均用于于检测测接头头表层层的缺缺陷，，主要要是延延伸到到表层层的细细小裂裂纹。。3.电阻焊焊质量量监测测与控控制必要性性在大批批量生生产中中，一一个产产品往往往需需要几几十台台甚至至上百百台点点焊机机配套套工作作，这这将使使电网网电压压、气气压产产生很很大的的波动动，再再加上上难以以避免免的分分流、、电极极磨损损等不不利因因素的的存在在，致致使点点焊质质量极极不稳稳定，，严重重时将将成批批出现现不合合格的的焊点点。由于点点焊独独特的的接头头形式式和工工艺的的限制制，致致使在在电弧弧焊生生产中中应用用效果果很好好的焊焊后无无损检检测方方法在在点焊焊生产产中却却难以以应用用，同同时也也将使使生产产效率率降低低、产产品成成本剧剧增。。必要性性为了保保证焊焊点质质量，，国内内外几几乎所所有的的汽车车生产产厂家家几十十年来来都一一直采采用焊焊前打打试片片、焊焊后进进行破破坏性性抽样样检验验的方方法来来保证证焊点点质量量。显显然，，这种种方法法已无无法满满足汽汽车工工业发发展对对点焊焊质量量提出出的高高可靠靠性、、低成成本的的要求求。为了改改变这这种现现状，，有必必要研研制新新型点点焊质质量监监测系系统。。采用用点焊焊质量量监测测系统统，可可以在在线监监测每每一台台焊机机、每每一焊焊点的的质量量，及及时指指出不不合格格的焊焊点及及其形形成原原因，，使操操作者者及时时进行行在线线"补补救"，以以有效效提高高和稳稳定焊焊点质质量。。焊接参参数的的划分分焊接规范范参数：：焊接电流流、电极极压力、、焊接时时间、电电极端面面尺寸等等；焊接过程程参数（监测信息息）：动态电阻阻、红外外辐射、、电极间间电压、、能量等等；焊接质量量参数：：熔核直径径、焊透透率、压压痕深度度、拉剪剪强度、、拉伸强强度、疲疲劳强度度等；质量监控控的难度度电阻点焊焊过程是是一个高高度非线线性、有有多变量量耦合作作用和大大量随机机不确定定因素的的过程；点焊的形形核处于于封闭状状态而无无法观测测，特征征信号的的提取比比较困难难；形核过程程的时间间极短，，焊接条条件短时时间的波波动就会会造成较较严重的的后果。。因此，点点焊质量量的监测测和控制制难度极极大。三种常用用的点焊焊质量监监控方式式1.恒流控制制法原理：在焊接过过程中逐逐个周波波地检测测焊接电电流有效效值，并并与设定定的电流流有效值值进行比比较。当当有偏差差时，自自动改变变下一周周波的触触发角，，使预期期的下一一周波电电流趋于于给定值值，在整整个通电电期间不不断重复复上述调调节。三种常用用的点焊焊质量监监控方式式1.恒流控制制法特点：简单可靠靠、易于于实现。。对网压波波动、次次级回路路阻抗变变化等干干扰有良良好的补补偿性能能。不能对分分流及电电极磨损损进行补补偿。为此，可在恒流控控制的基基础上采采用电流流递增的的方法进进行适当当补偿，，即自动动改变工工件上顺顺序各点点的电流流强度，，或每隔隔一定数数量焊点点就自动动递增一一定的电电流增量量。三种常用用的点焊焊质量监监控方式式2.热热膨胀电电极位移移法原理：点焊时焊焊接区的的金属因因加热熔熔化而膨膨胀，使使焊机的的上下电电极产生生一个微微小的相相对位移移，该位位移与熔熔核的形形成长大大及最后后尺寸有有关。故故可采用用高灵敏敏度传感感器进行行检测，，以此对对点焊质质量进行行监控，，保证得得到合格格的焊点点尺寸。。热膨胀电电极位移移与焊点点质量的的关系三种常用用的点焊焊质量监监控方式式2.热热膨胀电电极位移移法特点：可对网压压波动、、电极磨磨损、分分流及二二次回路路阻抗变变化进行行补偿。。但是要求求焊机机机臂刚性性好、加加压机构构摩擦力力小、随随动性能能好才适适用。对于薄板板（<0.5mm）的的点焊，，因熔核核尺寸小小，位移移量小不不易检测测。国外外有采用用对数值值较大的的位移加加速度进进行检测测以实现现反馈控控制。三种常用用的点焊焊质量监监控方式式3.动动态电阻阻（动态态电极电电压）法法低碳钢点点焊时动动态电阻阻的变化化过程是是与熔核核形成情情况对应应的，故故可在焊焊接过程程中不断断检测动动态电阻阻值，并并据此实实现对点点焊质量量的实时时监控。。动态电阻阻法可用用于低碳碳钢、不不锈钢的的点焊，，但却不不适于铝铝合金、、镀锌板板等材料料的点焊焊。三种控制制模式由于在表表面存在在着低熔熔点的锌锌层，动动态电阻阻曲线会会出现两两个峰值值。在焊焊接过程程中开始始阶段，，由于接接触面上上接触点点的增多多，电阻阻值下降降。当温温度逐渐渐升高，，镀锌层层金属电电阻率增增大，曲曲线上升升，出现现第一个个峰值。。之后镀镀锌层开开始熔化化并发生生软化，焊接区挤挤出使得得接触面面积增大大，减小小电阻，，曲线下下降。接接下来的的动态电电阻的变变化与低低碳钢点点焊时的的动态电电阻变化化趋势相相同。铝合金点点焊时，，在工件/工件界面面上的接接触电阻阻以及工工件/电极之间间的接触触电阻的的大小会会在一个个很大的的范围变变动。铝铝合金的的动态电电阻在开开始时很很大。初始值大大小决定定于工件件的表面面状态和和焊接前前工件上上氧化膜膜的厚度度。在开开始焊接接的半个个周波内内，电阻阻值就会会降到很很低。因因此，铝铝合金焊焊点的熔熔核是在在最初的的一个或或两个周周波内形形成。在开始加加热阶段段，动态态电阻因因温度升升高而增增大，这这在其他他点焊过过程中没没有出现现过，这这是因工工件表面面上有相相对洁净净和薄绝绝缘膜以以及很小小的电流流增长速速率造成成的；接接下来由由于表面面绝缘层层的溃裂裂和金属属的软化化，动态态电阻开开始减小小，金属属逐渐熔熔化，熔熔核逐渐渐形成，，第二个个峰值表表明熔核核的形成成，可以以通过第第二个峰峰值的出出现进行行焊点质质量的控控制。三种常用的点点焊质量监控控方式3.动态电电阻（动态电电极电压）法法ΔRb法点焊时在r-t曲线的峰峰点处开始形形成熔核。随随熔核长大r逐渐减小，，其下降量ΔΔr可反映熔熔核的尺寸。。Δr增大则则熔核直径增增大，反之则则减小。三种常用的点点焊质量监控控方式3.动态电电阻（动态电电极电压）法法ΔRb法ΔRb控制模模式是在焊接接过程中逐半半波检测r。。当r达最最大值后开始始计算下降量量Δr，并与与给定的ΔRb比较。当当Δr=ΔRb时切断电电源。若有网压下降降、分流、电电极磨损等使使加热速度减减慢的干扰出出现时，必然然使r下降速速度减慢，即即可使焊接时时间自动延长长进行补偿，，以得到合格格的熔核尺寸寸。ΔRb与熔核核尺寸的对应应关系事先由由试验得到。。三种常用的点点焊质量监控控方式3.动态电电阻（动态电电极电压）法法DRC法实践表明，当当出现使加热热减慢的干扰扰时若只是消消极延长焊接接时间，还不不能完全保证证熔核尺寸。。DRC法是在在监控Δr的的同时调整dr/dt，，即对熔核生生成过程的加加热速度进行行控制，使r-t曲线的的下降段斜率率向标准的DRC（动态态电阻特性））曲线逼近。。在Δr=ΔΔRb时切断断电源，这样样可更为有效效地保证熔核核尺寸。三种常用的点点焊质量监控控方式3.动态电电阻（动态电电极电压）法法动态电极电压压法经过适当的简简化，点焊时时电极电压UD-t变化规律律与r-t变变化规律相同同。焊接过程中不不断检测UD，以UD从峰值UDM下降到UDL为形成合格焊焊点的标志，，切断电源。。动态UD法具有采样方方便、信号强强抗干扰能力力强的特点。。监控效果？这些控制方式实质上是使用用点焊过程中中监测信息的的某一特征量量与质量参数数之间的一元元线性回归模模型关系来间间接地监控焊焊点质量的，属于单特征量质量量监控技术。由于一个特征征量只能片面面地反映点焊焊加热过程，，而一元线性性回归模型也也只能描述监监测信息与质质量参数之间间局部线性关关系，难以描描述整体的非非线性关系，，因此在焊接接过程中无法法及时获知焊焊点质量参数数的准确值。。这是现有点焊焊质量监控方方法存在控制制效果不理想想、适用范围围窄的主要原原因。监控效果？为了解决单特特征量监测技技术的不足，，充分利用过过程参数提供供的焊接质量量信息，发展展出现了多参量综合监监测技术。这是提高点点焊质量监测测精度的有效效途径。发展多参量综综合监测技术术存在两个关关键点。首先先，是建立合理的多多元非线性监监测模型，并使模型能能够在相对较较宽的范围内内提供准确、、可靠的点焊焊质量信息。。其次，是如何对点焊质质量进行合理理评判。衡量点焊质质量的性能指指标有很多项项，如熔核直直径、焊透率率、拉剪强度度、拉伸强度度等。但是每每个指标都不不能全面反映映点焊接头的的质量。只有有综合考虑焊焊点的多项性性能指标，才才能对焊接质质量进行合理理的评价。多参量综合监监测技术基于模糊分类类理论的点焊焊质量的等级级评判基于回归分析析理论的铝合合金点焊质量量多参数监测测方法基于神经元网网络理论的点点焊质量多参参量综合监测测基于模糊分类类理论的点焊焊质量的等级级评判1994年，，德国学者Burmeister采采用模糊分类类理论和现有有的专家知识识，建立了三三个电参数（（焊接电流、、电极间电压压、工件电阻阻）和两个机机械参数（电电极位移、电电极加速度））与焊点质量量（熔核直径））之间的非线性性关系模型，，实现了低碳碳钢点焊质量量的在线等级级评判。优点:综合合考虑监测信信息与质量指指标间的非线线性缺点:难以以摆脱专家经经验等人为因因素的影响基于回归分析析理论的铝合合金点焊质量量

多参数监监测方法1996年，英国学者者M.HAO采用线性回归归分析理论，，分别建立了了一些过程参参数（焊接电流、、电极间电压压、功率、工工件电阻等））的各个特征量量以及多个特特征量（焊接电流、、电极间电压压、功率）与铝合金焊点点质量（熔核直径、、拉伸强度））之间的关系模模型。结果表明：多多元回归模型型的误差比最最佳的一元回回归模型的误误差大约下降降30%。基于神经元网网络理论的点点焊质量多多参量综合监监测基于神经元网网络理论的点点焊质量多多参量综合监监测1区：r0、rmin和tmin可以反映下降降趋势的快慢慢和大小；2区：rmax、rmin和tmax可以反映上升升趋势的快慢慢和大小；3区：rmax、Δr/r和tw-tmin-tmax可以描述动态态电阻达到最最大值后降低低到平稳阶段段。特征参数选择择基于神经元网网络理论的点点焊质量多多参量综合监监测影响点焊接头头质量的主要要因素：1.电网电电压不稳引起起的焊接热量量波动；2.气压不稳稳引起的电极极压力波动；；3.电极磨磨损引起的电电极直径波动动；4.表面状状态引起的接接触电阻波动动；5.分流引引起的焊接区区热量波动；；6.铁铁磁物伸入入引起的热量量波动。基于神经元网网络理论的点点焊质量多多参量综合监监测基于神经元网网络理论的点点焊质量多多参量综合监监测1.在恶劣劣生产条件下下，如果不采采用合适的质质量监控技术术减小干扰的的影响，点焊焊质量参数会会在很大范