材料成型装备课件 第四章-电阻焊－2009

2023/3/21主讲：吕卫文

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Email:kphg2004@163.com第4章金属连接成形设备及自动化

授课时间：8学时

2023/3/22第4章金属连接成形设备及自动化4.1概述4.2弧焊设备及自动化4.2.1电弧静特性和弧焊电源基本特性简介4.2.2埋弧焊设备4.2.3熔化极氩弧焊设备4.2.4CO2气体保护电弧焊设备4.2.5钨极氩弧焊设备4.2.6等离子弧焊接设备

2023/3/234.3电阻焊装备及自动化4.3.1电阻焊原理及分类4.3.2电阻焊机的基本结构4.3.3点焊装备4.3.4缝焊装备4.3.5对焊装备

2023/3/244.4激光焊接设备4.4.1激光焊原理及分类4.4.2固体激光焊接机4.4.3气体激光焊接机

4.5焊接机器人4.5.1概述4.5.2点焊机器人4.5.3弧焊机器人

2023/3/254.3电阻焊装备及自动化4.3.1电阻焊原理及分类

电阻焊原理：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。因此，适当的热和机械力作用是获得电阻焊优质接头的基本条件。

电阻焊机：向焊接区提供热和机械力，即电流和压力而实现电阻焊的装置

特点：机械化和自动化高度程度高2023/3/26分类：如图4-45所示。电阻焊机应用最多的是点焊机、凸焊机、缝焊机和对焊机4种，其中点焊机又是它们中最多的。4.3电阻焊装备及自动化

2023/3/27图4-45电阻焊分类电阻焊交流焊直流焊脉冲焊低频焊工频焊高频焊点焊缝焊对焊点焊缝焊对焊对接逢焊点焊缝焊对焊电容贮能焊直流冲击波焊点焊缝焊对焊点焊缝焊2023/3/284.3.2电阻焊机的基本结构

电阻焊机的基本结构包含三个部分：主电力电路、机械结构、控制装置。（1）主电力电路电阻焊机的主电力电路或称功率电路，包括从电网开始的所有初、次级主电流所流经的路程组件，如图4-46所示。2023/3/29

图4-46各种电阻焊机的主电力电路

a)交流单相电阻焊机b)电容储能电阻焊机

c)低频电阻焊机d)次级整流电阻焊机

T－焊接变压器S－极性转换开关D－次级整流元件SCR－晶闸管

R－整流装置C－充放电电容器组Dr－分流二极管2023/3/210（2）机械结构电阻焊机的机械结构是实施电阻焊时给焊接区加压的重要部件。它包括机架、电极加压机构和传动机构。电极加压机构和传动机构在点、缝、对焊机中各有不同；点焊机中主要有电极臂、电极握杆及杠杆或气液压加压传动机构；缝焊机中主要有电极臂、滑动轴承、气液压加压系统、滚轮电极转动传动系统；对焊机中主要有动、静夹的夹紧机构和顶锻机构。2023/3/211（3）控制装置

电阻焊机控制装置的任务是实现焊接电流、电极压力、夹紧力、顶锻力等工艺参数的调节与控制，保证焊接循环中各阶段工艺参数的动态波形相互匹配及时间控制。对要求严格控制焊接质量的焊机还可实现工艺参数的自动调整和焊接质量的监控。控制装置主要由焊接电流控制器、焊接程序控制器和电网同步装置等组成，其中电流控制器和程序控制器是两大核心部分。2023/3/212

焊接电流的控制有简单的电磁接触器式和精确的电子开关式。由于采用电子开关，可以实现与电网同步控制。它不但能使焊接电流在电网电压的固定相位接通和断开，同时用移动相位角可实现热量控制。

焊接程序的控制通常由程序转换电路和定时电路组合的控制单元实现。焊接程序实质上是一个电阻焊的循环程序。简单的循环程序为预压、加热焊接、冷却结晶（维持加压），休止四个程序段。2023/3/213

当电极压力使用梯形、马鞍形或任意可调的压力循环，电流使用预热、焊接、回火等阶段值时，焊接程序就会变成复杂的循环程序。复杂的循环程序焊接可以适应于特殊的工艺要求。为此，电阻焊机的控制器采用微机控制已越来越广泛，除了可方便设置复杂的程序控制外，还设置了电网电压补偿、电流斜率控制、恒流控制、功率因数自适应控制、自动补偿电极端面增大的电流调节，且还可方便设定数组焊接工艺参数、监控以及实现多台焊机的群控。2023/3/2144.3.3点焊装备

点焊机是在电极间的工件上产生点状焊接区的电阻焊设备。通用点焊机组成如图4-47所示。图4－47点焊机组成示意图1.加压机构2.焊接回路3.阻焊变压器4.电力开关5.控制器6.功率调节机构7.冷却系统8.机身2023/3/2152023/3/2162023/3/217点焊机分类按用途分为：通用型、专用型、特殊型按安装方式分为：固定式、移动式或轻便式按加压机构传动方式分为：脚踏式、电动凸轮式、电磁式、气压式、液压式、复合式按活动电极移动方式为：垂直行程式、圆孤行程式按焊接电流波形分为：交流型、低频型、电容贮能型、直流型（包括二次整流式和逆变式）按电极类型可分为：单点、双点、多点2023/3/218（1）加压机构点焊机加压机构应具有刚性好、动作灵活、随动性好，以及具有适应焊接工艺要求的压力变化曲线（恒定压力、阶梯形压力及马鞍形压力等）。其常用加压机构类型及应用范围见表4-4。2023/3/219名称电极压力Fw/N压力变化曲线应用杠杆弹簧传动＜3000不变25kVA以下点焊机电动凸轮传动＜4000不变75kVA以下点焊机电磁传动－不变或可变小功率精密点焊机气压传动＜150000不变或可变1000kVA以下点（凸）焊机液压传动＜3500不变2800kVA以下多点焊机气压－液压传动＜9000不变200kVA以下悬挂式点焊机表4－4常用加压机构类型

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目前，广泛应用的双行程快速点焊气压传动加压机构，其中气路系统的典型组成如图4-48所示。

图4－48气路原理图1－气缸2－节流阀（带消声器）3—二位四通电磁阀4－储气筒（带排水阀）5－气源6－截止阀7－滤清器8－减压阀9－油雾器10－二位四通电磁阀2023/3/221（2）焊接电流波形1）工频焊接电流波形

由工频交流点焊机提供，这种焊机的主要电气框图及焊接电流波形如图4-49。阻焊变压器经级数换接器（即功率调节机构）和开关（晶闸管电力开关）接于工频交流电网，由控制装置决定了开关导通时刻的不同，二次回路中可获得不同波形。2023/3/222图4-49工频交流点焊机电气框图及焊接电流波形

a）连续波形b）断续波形

c）调幅波形d）半波波形2023/3/2232）次级整流焊接电流波形由次级整流点焊机提供，电流波形属直流型。这种焊机主要电气框图及焊接电流波形如图4-50，即在阻焊变压器的二次输出端接入大功率硅整流器，使得二次回路中流过的是整流后的直流电流。一般次级整流点焊机有单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流三种类型，其电气原理如图4-51所示。2023/3/224图4-50二次整流电阻焊机电气框图及焊接电流波形

a）电气框图b）焊接电流波形（感性负载）2023/3/225图4-51二次整流电阻焊机主电路的三种基本形式

a）单相全波整流b）三相半波整流c）三相全波整流

一般次级整流点焊机有单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流三种类型，其电气原理如图4-51所示。2023/3/226次级整流点焊机具有以下特点：①.由于二次输出为直流，回路感抗几乎为零，且电流不过零，热效率高，因此获得同样大小的焊接电流所需的二次空载电压和功率比交流焊机低得多，其视在功率只有交流焊机的1/3～1/5；②.由于次级整流点焊机通常采用三相供电，因此负载均衡，线电流小，对供电电网冲击小，利用率高；③.由于二次输出为直流，回路感抗几乎为零，焊机臂伸长、大开度以及回路内伸入磁性物质均不影响焊接电流输出大小，因此特别适用于大面积钢板件的点焊和长臂悬挂式点焊机的应用；2023/3/227④.由于直流电的集束效应，电流更集中地流过焊接的中心部，使焊点在电极对轴向上尺寸长，穿透力强，可达到多层钢板一次焊成的效果；⑤.由于直流电主要受回路电阻影响，因此焊接回路电流可随焊接区电阻的变化作自动补偿，从而可减小电极与焊件的粘损和喷溅、分流的影响等。二次整流点焊机的独特优点，使它的通用性很强，不仅能焊碳钢，还能焊接导热性好的轻合金、铜合金，还适合于大型构件的焊接。2023/3/228（3）点焊电极正确选用电极是获得点焊优质接头的重要手段。1）电极的功用①.向焊接区传输电流；②.向焊接区传递压力；③.导散焊件表面及焊接区的部分热量；④.调节和控制点焊加热过程中的热平衡；⑤.将工件定位、夹持于适当的位置等。2023/3/2292）对电极材料的要求①.有足够的高温硬度与强度，再结晶温度高；②.有高的抗氧化能力并与焊件材料形成合金的倾向小；③.在常温和高温下都有合适的导电、导热性；④.具有良好的加工性能等。2023/3/230图4-52点焊电极的典型形式

a）标准直电极b）弯电极c）帽式电极d）旋转头电极

e）插头电极f）螺纹电极g）盖式电极2023/3/231（4）控制系统通用点焊机目前都采用集成电路组成的同步控制系统，这时主电力开关可以控制在电网电压每半周固定相位下接通，而在电流过零时断开，其开关元件通常为晶闸管，属于无触点开关，如图4-53所示。控制系统的通用控制原理框图如图4-54所示。此类控制器的同步控制系统主要由同步脉冲发生电路、定时和程序转换电路、热量调节和触发电路，功率因素自适应与单管导通保护电路等几部分电路组成：1）同步脉冲发生电路该电流主要用于产生与网压同步的50Hz和100Hz脉冲信号，分别用于控制定时和程序转换电路及移相电路；2）定时和程序转换电路包括同步定时控制电路和程序转换电路两部分。2023/3/232（4）控制系统

通用点焊机目前都采用集成电路组成的同步控制系统，这时主电力开关可以控制在电网电压每半周固定相位下接通，而在电流过零时断开，其开关元件通常为晶闸管，属于无触点开关，如图4-53所示。控制系统的通用控制原理框图如图4-54所示。此类控制器的同步控制系统主要由同步脉冲发生电路、定时和程序转换电路、热量调节和触发电路，功率因素自适应与单管导通保护电路等几部分电路组成：2023/3/233图4-53典型主电力电路原理图2023/3/234图4-54集成电路组成的控制器的通用控制原理框图2023/3/2351）同步脉冲发生电路该电流主要用于产生与网压同步的50Hz和100Hz脉冲信号，分别用于控制定时和程序转换电路及移相电路；

2）定时和程序转换电路包括同步定时控制电路和程序转换电路两部分。2023/3/236

同步定时控制电路由用于设定时间的8421数字拔码盘和用于时间计数的“二-十进制”加法计数器等组成，此电路用于设定和计时加压、焊接、维持、休止几个程序的延时时间，计时范围一般为0~99周的整周数；程序转换电路由程序选通门、延时电路、程序转换门等组成，由两组J-K触发器组成的二位二进制计数器可以输出四种不同状态的程序循环，程序信号再经译码器输出，分别轮流控制加压、焊接、维持、休止四个程序。2023/3/2373）热量调节和触发电路包括移相器、脉冲列发生器、功放电路、触发电路等。移相器电路用于调节晶闸管触发脉冲的相位角，即调节每半波晶闸管的导通角，从而实现连续的焊接电流调节，它主要由调节移相脉冲相位角限制最小移相角及由与非门与晶体三极管构成的单稳态电路等组成；脉冲列发生器是由非门、电阻和电容等构成的多谐振荡器，其主要作用是将输入的100Hz移相脉冲调制为3～4KHz的高频脉冲列，然后触发晶闸管，它既能保证触发的可靠性及焊接电流波形正负对称，又能减小脉冲变压器的尺寸。2023/3/2384.3.4缝焊装备

缝焊是点焊的一种演变，它用滚轮电极取代点焊电极，焊件装配成搭接或对接接头形式并置于两滚轮电极之间，在滚轮连续或断续滚动并通已连续或断续电流脉冲时，形成一系列焊点组成的缝焊焊缝。能进行这种电阻焊方法的电阻焊机就称为缝焊机。缝焊机除了必须具有与点焊机相同的加压和馈电功能外，还需带动焊件移动，即须有使滚轮电极转动的传动机构。通用缝焊机的组成如图4-55所示。2023/3/239

图4-55缝焊机组成示意图1-加压机构2-二次回路3-阻焊变压器4-机身5-功率调节机构6-主电力开关7-控制设备8-传动机构9-冷却系统10-机头11-焊轮2023/3/240

缝焊机的机械装量主要是加压机构和传动机构，由于前者和点焊机基本相似和更为简单，所以这里只介绍传动机构和电极。（1）传动机构缝焊机传动机构的主要功能是获得需要的焊接速度，其中缝焊机机头还承担传递焊接压力和电流的作用，缝焊机的传动机构一般由电动机通过减速变速器和方向轴等带动滚轮（焊轮）转动。2023/3/2411）连续传动机构

连续传动机构一般用于连续缝焊和断续缝焊的缝焊机上。图4-56a）所示是典型的带轮调速、减速传动机构。图4-56b）是焊接汽车油箱的专用缝焊机双轮传动机构。2023/3/242图4-56连续转动的传动机构a)带轮调速、减速传动机构b）双轮传动机构2023/3/2432）步进传动机构步进传动机构通常用于步进式缝焊机上。常用的步进传动机构有；马氏轮传动、棘轮传动等，其动力来源可以是电动机或气动，电动机输出扭矩较小，气动传动虽可获得较大的扭矩，但由于经常放气噪声严重，马氏轮传动和棘轮传动都不太平稳（活塞的直线运动会造成焊机机头的振动）。因此，步进式缝焊机上也采用磁力离合器式步进传动机构，如图4-57所示。2023/3/244

图4-57具有磁力离合器的步进式传动机1-直流电动机2-磁力离合器3-锥齿轮对4-蜗轮蜗杆减速器5-可变换齿轮组6-万向轴7-下焊轮2023/3/2453）机头缝焊机机头是缝焊机中的一个关键部分，它集传动、加压和导电三项功能的一体，它的性能不仅影响到焊接速度、电极压力的稳定性，还直接决定了焊接电流的大小及稳定性。缝焊机机头可以采用的导电方式有滚动接触导电、滑动接触导电及耦合导电三种。从机头性能及焊机的整体使用性考虑，较好及最常用的还是滑动接触导电方式。2023/3/2462023/3/247

图4-58常用缝焊机机头滑动触点构造a）承受压力的滑动触点构造b）、c）、d）不承受压力的滑动触点构造1-焊轮2-导电轴3-衬套4-导电板5-导电轴承6-导电的银轴瓦7-弹簧8-导向螺栓9-盖板10-支承轴承2023/3/248图4-59缝焊焊轮形状a）平面形b）单边倒角形c）双边倒角形d）球面形2023/3/249（2）缝焊电极缝焊电极通常采用圆形滚盘式，故也被称作滚轮或焊轮，其基本结构如图4-59所示。缝焊电极结构一般由轮缘端面外形、焊轮直径、焊轮宽度、冷却方式和安装形式等因素决定根据被焊工件的材料及工艺要求不同，焊轮轮缘端面可以分别选用图4-59中所示的几种形式。2023/3/2504.3.5对焊装备

将焊件端面相对放置，利用焊接电流通过焊件的电阻热加热，并施加压力完成焊接的电阻焊方法称为对焊。能完成这种焊接方法的电阻焊机称为对焊机。

对焊的分类对焊可分为电阻对焊与闪光对焊两大类，如图4-61所示。2023/3/251图4-61对焊原理图a）电阻对焊b）闪光对焊2023/3/252

图4-62对焊机组成示意图1-控制设备2-机身3-二次回路4-固定台板5-钳口（电极）

6-夹紧机构7-可动台板8-送进机构9-导轨10-冷却系统11-阻焊变压器12-功率调节装置13-主电力开关2023/3/253（2）对焊机的机械装置和电极部分

1）对焊机的机械装置主要包括机身、夹紧机构、送进机构等关键部分。①.夹紧机构包括静夹具和动夹具两部分，前者是固定的，直接安装在固定台板上，与焊接变压器二次绕组的一端相连，并与机身在电气上绝缘；后者是可移动的，安装在活动台板上，与焊接变压器的另一端相连。夹紧机构的主要功能就是夹紧焊件并从电源向焊件馈送焊接电流。2023/3/254图4-63两种夹紧机构a）有顶座形式b）无顶座形式2023/3/255图4-64对焊机的气压夹紧机构1-焊件2-下电极3-上电极

4-杠杆5-活塞杆6-气缸2023/3/256

图4-65对焊机的气-液压夹紧机构1-焊件2-下电极3-上电极4-气缸下气室5-油室6、10-气缸活塞7、11-气缸上气室8-储油箱9-活塞杆