压焊方法及设备点焊

压焊方法及设备第一篇电阻焊方法及设备电阻焊（resisitancewelding)定义工件组合

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。对接或搭接加热至熔化或塑性温度电阻焊又称接触焊，属压焊范畴，是目前国内外应用最广的焊接方法之一，已广泛地应用在航空、航天、汽车、锅炉、地铁车辆、无线电器件……等工业领域。将准备连接的工件置于两电极之间加压，并对焊接处通以电流，利用工件电阻产生的热量加热并形成局部熔化(或达塑性状态)，断电后在压力继续作用下，形成牢固接头，这种工艺过程即称为电阻焊（或接触焊）。电阻焊的主要优特点优点：热量集中、加热时间短、焊接变形小；冶金过程简单，一般不需要填充材料及熔剂，不需要保护气体；能适应多类同种及异种金属的焊接，包括镀层钢板的焊接电阻焊的主要优特点工艺过程简单，易于实现机械化及自动化不需要对焊工进行长期培训焊接生产率高，成本低。劳动环境好，污染小电阻焊的主要优特点设备复杂，需配备较高技术等级的维修人员。造价较高，一次投资费用大。电容量大，且多数为单相焊机，对电网造成不平衡负载严重，必须接入容量较大的电网。对影响强度的某些内在指标(例如点焊的熔核直径及焊透率，对焊的熔合不良和灰斑等)目前尚缺少简便、实用的无损检测手段。因此阻碍了电阻焊在质量要求特别高的场合(如航空、航天工业等)的进一步推广应用电阻焊的分类第一篇电阻焊方法及设备11对焊缝焊点焊接头形式：搭接接头加热至产生熔化的核心接头形式：对接接头加热至热塑性状态凸焊第一篇电阻焊方法及设备12第一篇电阻焊方法及设备13电阻焊的加热电阻焊加热原理电阻焊的加热

根据焦耳定律，焊接区的总析热量

Q

=

i2Rt式中：i

焊接电流的有效值；

R

焊接区总电阻的平均值；

t

通过焊接电流的总时间电阻焊的加热

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，因此焊接热源总析出热量Q的确切表达式为：Q

=

∫0

i2(

t

)R(

t

)dt式中：i(

t

)通过焊件焊接区的瞬时电流值(安培)；R(

t

)两电极间的总电阻(欧姆)，是时间的函数焊接区电阻

焊接区电阻点焊时导电通路上的总电阻R，由板件内部电阻Rw、板件间接触电阻Rc、电极与板件间接触电阻Rew组成，即：R

=

2Rw+

Rc

+

2Rew板件内部电阻Rw：

板件内部电阻Rw：焊接区电阻L

=

2aS

=

π(d0/2)2焊接区电阻板件内部电阻Rw：焊接区电阻板件内部电阻Rw：Rw=

ρ(

T

)

δ(

T

)

S(

T

)ρ为被焊材料的电阻率；δ为被焊材料的厚度；S为被焊材料的导电截面积；T为被焊工件焊接区温度板件间接触电阻Rc：

板件间的凸凹不平板件表面的氧化物等影响接触电阻（包括Rc和Rew）的主要因素

主要因素为电极压力、表面状态及加热温度和材料本身的特性。电极压力

的影响电极压力增大将位金属的弹性与塑性变形增加，对压平接触表面的凹凸不平和破坏不良导体膜均有利，其结果位接触电阻减小。电极压力

的影响电极压力增大将位金属的弹性与塑性变形增加，对压平接触表面的凹凸不平和破坏不良导体膜均有利，其结果位接触电阻减小。当压力由增大变为重新减小时，由于塑性变形使接触点数目和接触面积不可能再恢复原状，此时的接触电阻将低于原压力作用下的数值而呈“滞后”现象。同时，材质软的焊件其接触电阻的减小和“滞后”更为显著．Q

=

∫0

i2(

t

)R(

t

)dt电流对点焊加热区的影响焊接电流是产生内部热源一电阻热的外部条件，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；tQ

=

∫0

i2(

t

)R(

t

)dt电流对点焊加热区的影响

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；t焊接强规范、弱规范电流对点焊加热区的影响其二，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。电流对点焊加热区的影响电流对点焊加热区的影响点焊加热区接头形貌的变化电流对点焊加热区的影响点焊加热区接头形貌的变化电流对点焊加热区的影响电流对点焊加热区的影响点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，其结果就使贴介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。电流对点焊加热区的影响贴合面的边缘电流密度j出现峰值，有利于塑性环的产生。电流对点焊加热区的影响点焊时的电流场特征，使其加热为一不均匀热过程，焊接区内各点温度不同，即产生一不均匀的温度场。电流对点焊加热区的影响电流线在贴合面处的集中收缩的程度，以及在边缘电流密变峰值的大小(即电流场不均匀程度)均与几何特征系数d0／δ比值有关。当比值增大时，电流场不均匀程度减小。电流对点焊加热区的影响了解电流场特征，并进而掌握其调整方法，就能较堆确的分析、控制熔核的形状及位置，改善焊核周围组织的加热状态，提高接头质量。电阻对点焊加热区的影响（1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响

Rc和Rw对焊接区温度场的建立所起的作用历来就有不同的观点。电阻对点焊加热区的影响接触电阻随着温度的升高很快消失。用一般规范点焊时，接触电阻产生的热量与总热量之比不大于10%，占焊核形成所需热量的比例不大。（1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响

在焊接开始时，Rc大于Rw，这时Rc可以促进尽快建立初步的温度场，使接触点迅速增多，面积扩大，电流场分布均勾化。

在电阻焊过程中（闪光对焊工艺除外），电阻对点焊加热区的影响（1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响由于点焊、缝焊时，焊接回路的电压很低，零件表面上氧化膜、锈皮或油漆、污物以及吸附的气体层等皆为不良导体。通电初期，板件表面电流分布很不均匀，突然增大，加热极不均衡，甚至造成板件烧伤、飞溅，降低了焊件的焊接质量。电阻对点焊加热区的影响（1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响电阻对点焊加热区的影响（2）板件内部电阻Rw对点焊加热区的影响

内部电阻2Rw的折热量约占内部热源Q的90~95％，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和变化规律。

点焊时的热平衡点焊时，焊接区析出的热量Q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：Q1

—熔化母材金属形成熔核的热量；Q2—由于散热而损失的热量；Q3—通过电极热传导损失的热量；Q4—通过焊件热传导损失的热量；Q5—通过对流、辐射散央到空气介质中的热量。点焊时的热平衡热时间常数τ

自开始加热至达到热平衡需一定时间，这段时间的长短与材料的热物理性和厚度有关。在一维热传导模式下，不考虑电阻率等物理常数随温度的变化而变化的情况下，推导出热时间常数的公式为：点焊时的热平衡由上式可知，板厚越大，材料的热扩散率越差，达到平衡温度所需时间越长。例如板厚为1mm的低碳钢，τ为0.029s，等厚的不锈钢及铝合金则τ分别为0.107s及0.008s，当板厚为0.2mm时，则其τ分别为0.001s，0.004s及0.003s。电阻点焊焊点的形成小结：电流对电焊加热区的影响；电阻对点焊加热区的影响；点焊的热平衡简述电阻点焊的产热机理、并阐述熔核形核过程。第二节点焊一般工艺

点焊方法对焊件馈电进行点焊时，应遵循下列原则：①尽量缩短二次回路长度及减小回路所包含的空间面积，以节省能耗；

点焊方法②尽量减少伸入二次回路的铁磁体体积，特别是避免在焊接不同焊点伸入体积有较大的变化时，以减小焊接电流的波动，保证各点质量稳定(在使用工频交流时)

。对焊件馈电进行点焊时，应遵循下列原则：

1、点焊方法

根据焊接时电极向焊接区馈电方式，点焊可分为单面点焊和双面点焊。

1、点焊方法不同形式的单面点焊

点焊接头设计2.1

点焊接头主要尺寸的确定

点焊接头型式a）搭接接头b）折边接头2.1

点焊接头主要尺寸的确定点焊的基本使用范围2.1

点焊接头主要尺寸的确定2.1

点焊接头主要尺寸的确定2.1

点焊接头主要尺寸的确定2.1

点焊接头主要尺寸的确定2.1

点焊接头主要尺寸的确定2.1

点焊接头主要尺寸的确定第一节

点

焊

2、点焊接头设计点焊结构的影响

点焊结构的影响3、点焊前表面清理焊件的表面状态，直接影响表面接触电阻的大小和电流场的分布，对析热与散热有重大的影响。其结果将影响电极的使用寿命、焊件的表面质量、熔核的尺寸与形状以及焊接接头强度的稳定性。3、点焊前表面清理点焊前，需要对被焊接工件表面进行认真地清洗。

焊件清洗完后应在规定的时间段内进行焊接，否则将要进行重新清洗。清洗的方法可分为机械清洗和化学清洗两类。点焊表面处理3、点焊前表面清理4、点焊焊接循环所有点焊循环基本上可分为预压、加热熔化、冷却结晶，休止四个阶段。（1）预压阶段板件通电加热时，应该有一个符合要求的导电通路。预压阶段的作用，就是使焊件的焊接处有良好的接触，为焊接电流顺利通过及表面原子的健合做好必要准备。2（1）预压阶段4、点焊焊接循环3（1）预压阶段4、点焊焊接循环4（1）预压阶段4、点焊焊接循环54、点焊焊接循环（2）加热熔化阶段点焊时一切工艺措施的采用，首先要使焊接处温度分布能满足焊点尺寸与形状的要求。当工件经过预压阶段形成了合适的导电通路，即可开始点焊循环的第二阶段——建立必要温度场的加热熔化阶段，或叫‘焊接”阶段。6（2）加热熔化阶段4、点焊焊接循环7（2）加热熔化阶段4、点焊焊接循环8（3）冷却结晶阶段4、点焊焊接循环17第一节

点

焊4、点焊焊接循环（4）休止阶段185、点焊焊接参数及其相互关系合适的规范参数是实观优质焊接的重要条件。点焊规范参数的选择主要取决于金属材料的性质、板厚及所用焊接设备的特点(能提供的焊接电流波形和压力曲线)。工频交流点焊在点焊中应用最广，其主要规范参数有：焊接电流、焊接时间、电极压力及电极头端面尺寸。25、点焊焊接参数及其相互关系焊接时流经焊接回路的电流称焊接电流（用

Iw

表示）。点焊时Iw一般在数万安培(A)以内。焊接电流是最重要的点焊参数，调节焊接电流对接头性能的影响见图。3（1）焊接电流

Iw5、点焊焊接参数及其相互关系(

2

)

焊接时间

tw

电阻焊时的每一个焊接循环中，自焊接电流接通到停止的持续时间，称焊接通电时间，简称焊接时间。点焊时

tw一般以周波(cyc)为计时单位。45、点焊焊接参数及其相互关系(

2

)

焊接时间

tw焊接时间对接头性能的影响与焊接电流相类似。但应注意二点：①c点以后曲线并不立即下降，这是因为尽管熔核尺寸已达饱和，但塑性环还可有一定扩大，再加之热源加热速率较和经，因而一般不会产生喷溅；5第一节

点

焊5、点焊焊接参数及其相互关系

②焊接时间对代表接头塑性指标的延性比影响较大，因此，对于承受动裁或有脆性倾向的金属材料(可淬硬钢、钼合金等)点焊接头，还应考虑焊接时间对拉伸载荷的影响。6(

2

)

焊接时间

tw延性比试拉伸强度与拉剪强度的比值（Fσ/Fτ）5、点焊焊接参数及其相互关系电阻焊时，通过电极施加在焊件上的压力，单位千牛(KN)。(

3

)

电极压力

F7第一节

点

焊5、点焊焊接参数及其相互关系(

4

)

电极端面尺寸D或R

电极头是指点焊时与焊件表面相接触的电极端头部分。其中D为锥台形电极头端面直径，R为球面形电极头球面半径，h为水冷端距离。8第一节

点

焊5、点焊焊接参数及其相互关系(

4

)

电极端面尺寸D或R95、点焊焊接参数及其相互关系（5）规范参数间相互关系及选择点焊时，各规范参数的影响是相互制约的。当电极材料、端面形状和尺寸选定以后，焊接规范的选择主要取决于焊接电流、焊接时间及电极压力这三个参数。上述三个参数是形成点焊接头的三大要素，其相互配合可有两种方式。10

5、点焊焊接参数及其相互关系

（5）规范参数间相互关系及选择a

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、小焊接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。应该注意，调节I、t使之配合成不同的硬、软规范时，必须相应改变电极压力Fw，以适应不同加热速度及不同塑性变形能力的需要。硬规范时所用电极压力明显大于软规范焊接时的电极压力。11

5、点焊焊接参数及其相互关系

（5）规范参数间相互关系及选择b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。

126、常用金属材料的点焊（1）金属材料的点焊焊接性焊接性

用来相对衡量金属材料在一定焊接工艺条件下，实现优质接头的难易程度的尺度。影响材料焊接性的主要因素是：13材料的导电性和导热性材料的导电性越好，导热性也越好；热量散失严重，焊接区加热困难。6、常用金属材料的点焊（1）金属材料的点焊焊接性14材料的高温、常温强度材料的高温、常温强度是决定焊接区金属材料塑性变形程度与飞溅倾向大小的重要因素之一。6、常用金属材料的点焊（1）金属材料的点焊焊接性15材料对热循环的敏感性由于点焊热循环的作用，接头中出现某些焊接缺陷(淬硬组织及冷裂纹、热裂纹、软化……)使接头承载能力降低，故易生成与热循环有关的焊接缺陷的余属材料其焊接性较差。6、常用金属材料的点焊（1）金属材料的点焊焊接性16材料的熔点材料的熔点高，焊接时电极与工件相接触面的温度高，电极磨损严重、晶粒长大、以形成脆性接头。6、常用金属材料的点焊（1）金属材料的点焊焊接性176、常用金属材料的点焊（2）低碳钢的点焊从焊接性能看，碳当量CE≤0.3％的钢材均可归于此类，其中有含碳量C＜0.25％的低碳钢和

CE≤0.3％的某些(低碳)普通低合金钢。2碳当量碳当量将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量。碳素钢中决定强度和可焊性的因素主要是含碳量。合金钢(主要是低合金钢)除碳以外各种合金元素对钢材的强度与可焊性也起着重要作用。为便于表达这些材料的强度性能和焊接性能便通过大量试验数据的统计简单地以碳当量来表示。6、常用金属材料的点焊（2）低碳钢的点焊3低碳钢（含（低碳）普通低合金钢）点焊焊接性良好，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。焊接技术要点：焊前冷轧板表面可不必清理(允许有防锈油膜)；热轧板应去掉氧化皮、锈。6、常用金属材料的点焊（2）低碳钢的点焊4焊接技术要点：建议采用硬规范焊接，CE大者会产生一定的淬硬现象，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，带预热电流脉冲或断续通电的多脉冲点焊方式；选用三相低频焊机焊接。6、常用金属材料的点焊（2）低碳钢的点焊5焊接技术要点：低碳钢〔含(低碳)普通低合金钢〕属铁磁性材料，当焊件尺寸大时应考虑分段调整规范参数，以弥补因焊件伸入焊接回路过多而引起的焊接电流减弱。66、常用金属材料的点焊（2）低碳钢的点焊6、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊

这类钢的碳当量CE大于0.3%。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高过回火温度而软化、硬度下降、强度亦低(如在调质状态下点焊)。可淬便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。76、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊86、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊焊接技术要点：

单脉冲软规范的应用条件及特点

焊前状态为退火态、且厚度＜3mm的可淬硬钢，允许采用单脉冲软规范进行点焊。规范要点是用较长的焊接时间(约为相同板厚低碳钢的3—4倍)，而电极压力、焊接电流均比低碳期时要小的多。96、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊106、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊116、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊

缓冷双脉冲规范的应用条件及特点

焊前状态为退火态的母材，推荐采用缓冷双舱冲规范进行点焊，其焊接质显优于单脉冲软规范。126、常用金属材料的点焊（3）可淬硬钢的点焊回火热处理双脉冲规范的应用条件及特点焊前状态为调质态的母材，可采用焊后随机回火热处理双脉冲规范进行点焊。13按钢的组织可以将不锈钢分为奥氏体型、铁素体型、奥氏体-铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型。马氏体不锈钢有可淬硬性、有磁性，其点焊特点与可淬硬钢相近。

奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢点焊焊接性良好，尤其是电阻率高(为低碳钢的5—6倍)，热导率低(为低碳钢的l／3)以及不存在淬硬倾向和不带磁性，因此无需特殊的工艺措施，采用普通工频交流点焊视、简单焊按循环即可获得满意的焊接质量。166、常用金属材料的点焊（4）不锈钢的点焊焊接技术要点：

可用酸洗、砂布打磨或毡轮抛光等方法进行焊前表面清理，但对用铅锌或铝锌模成型的焊件必须采用酸洗方法。采用硬规范、强烈的内部和外部水冷却，可显著提高生产率和焊接质量。6、常用金属材料的点焊（4）不锈钢的点焊17焊接技术要点：

由于高温强度大、塑性变形困难，应选用较高的电极压力，以避免产生飞溅和缩孔、裂纹等缺陷。6、常用金属材料的点焊（4）不锈钢的点焊186、常用金属材料的点焊（5）镀层钢板的点焊镀层钢板广为采用，主要有镀锌、镀锡、镀铅和镀铝等钢板，其中最常用的是镀锌板。镀层厚度一般在20微米以下。镀锌钢板大致分为电镀锌钢板和热浸镀锌钢板。一般前者镀层薄后者镀层厚。不过无论是电镀锌钢板还是热浸镀锌钢板，其镀层厚度都因用途的不同而不同。26、常用金属材料的点焊（5）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。36、常用金属材料的点焊

（5）镀层钢板的点焊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。46、常用金属材料的点焊（5）镀层钢板的点焊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。56、常用金属材料的点焊（5）镀层钢板的点焊焊接技术要点：

与等厚低碳钢相比焊接电流应增大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。66、常用金属材料的点焊（5）镀层钢板的点焊采用Cr-Cu或Cr-Zr-Cu合金电极、要加强冷却，允许外水冷。两次修磨间的焊接点数仅为焊低碳钠时的1／10—1／20。薄板(≤1.2mm)点焊时可采用嵌钨电极。76、常用金属材料的点焊（5）镀层钢板的点焊由于电极玷污严重，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。86、常用金属材料的点焊（5）镀层钢板的点焊锌、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。96、常用金属材料的点焊（6）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。日前用于点焊的是固溶强化型高温合金，有镍基型与铁基型两类，后者焊接性较差，此外尚有沉淀强化型高温合金，其焊接性更差，焊接结构中应用甚少。

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。106、常用金属材料的点焊（6）高温合金的点焊焊接技术要