点焊生产与质量控制

关于点焊生产与质量控制电阻点焊的原理第2页,共116页，2024年2月25日，星期天概述一、定义

焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。二、特点1.靠尺寸不大的熔核连接；2.在大电流、短时间的条件下焊接；3.在热和机械力联合作用下形成焊点。第3页,共116页，2024年2月25日，星期天第4页,共116页，2024年2月25日，星期天三、分类1.按焊接电流波形分工频50或60Hz低频3~10Hz2.5kHz~450kHz交流高频脉冲电容储能直流冲击波第5页,共116页，2024年2月25日，星期天2.按工艺特点分双面单点单面双点单面单点第6页,共116页，2024年2月25日，星期天四、对点焊质量的要求1）熔核直径或板厚2）焊透率3）压痕5~20%1.熔核尺寸的几个基本概念第7页,共116页，2024年2月25日，星期天2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热循环极为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低。这时，尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。1）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关；2.对点焊质量的要求第8页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊时的电阻及加热一、点焊时的电阻第9页,共116页，2024年2月25日，星期天1.接触电阻接触电阻形成原因示意图1）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。第10页,共116页，2024年2月25日，星期天2)影响因素：（1)表面状态a)清理方法b)存放时间c)表面粗糙度(2)压力电极压力接触电阻“滞后”效应(3)温度第11页,共116页，2024年2月25日，星期天等于与并联值2.焊件内部电阻1)几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积

第12页,共116页，2024年2月25日，星期天2）边缘效应与绕流现象边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时，电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的电流场呈双鼓形。

原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积。绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电流线从中间向四周扩散的现象。

第13页,共116页，2024年2月25日，星期天3）影响因素：

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与焊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。这些因素可归纳为；（1）金属材料的热物理性质（2）机械性能（3）点焊规范参数及特征（4）焊件厚度等。第14页,共116页，2024年2月25日，星期天3.焊接区的总电阻

点焊过程中，焊件—焊件和电极—电极的接触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因此，引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强调的是，由于材料性能的不同，不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大。第15页,共116页，2024年2月25日，星期天低碳钢动态电阻曲线第16页,共116页，2024年2月25日，星期天不同焊接电流时动态电阻曲线

第17页,共116页，2024年2月25日，星期天二、点焊时的加热特点

1.电阻对点焊加热的影响

1）接触电阻：产热5~10%作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用

2）内部电阻：90~95%作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。

第18页,共116页，2024年2月25日，星期天2.电流场分布对点焊加热的影响

点焊时的电场

其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数，例如，80％的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的80％。第19页,共116页，2024年2月25日，星期天1)集中加热

点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，其结果就使贴合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．第20页,共116页，2024年2月25日，星期天2)塑性环

贴合面的边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现密封的塑性连接区，此密封环对保证熔核的正常生长，防止氧化和飞溅的产生有利。第21页,共116页，2024年2月25日，星期天3)不均匀的温度场

第22页,共116页，2024年2月25日，星期天4.点焊的热平衡

熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量的10~30%，其大小取决于金属热物理性质

、熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。

由散热而损失的热量，占总产热量的70~90%。散热途径：工件热传导，对流，辐射。最主要是电极散热，占30~50%（铜电极水冷）其次是工件热传导20%，对流辐射占5%，与电极形状，材料物理性质，焊接规范均有关.

第23页,共116页，2024年2月25日，星期天5.点焊热源的特点1)电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的外部热源相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。2)内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的温度分布（例如，点焊时应使焊件贴合面处温度高，而表面温度低），散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。第24页,共116页，2024年2月25日，星期天电阻点焊工艺第25页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊过程分析一、焊接循环

1.定义：在电阻焊接过程中，完成一个焊点或焊缝所需要的全部过程或全部阶段

2.点焊的基本焊接循环

F，I加压通电焊接维持休止加压第26页,共116页，2024年2月25日，星期天F，I3.复杂的点焊焊接循环

第27页,共116页，2024年2月25日，星期天二、点焊接头形成过程

点焊接头形成的三个阶段a)预压b)、c)通电加热d)冷却结晶第28页,共116页，2024年2月25日，星期天1.预压阶段

1）机电特点：Ｆ＞０，Ｉ=０

2）作用：减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点，为以后焊接电流顺利通过创造条件；此外，在压力作用下，金属挤向间隙所引起的塑性变形，有助于在熔核四周形成密封熔核的环带(密封环)。

第29页,共116页，2024年2月25日，星期天预压时，电极压力的应力分布第30页,共116页，2024年2月25日，星期天2.通电加热阶段

1)机电特点：Ｆ＞０，Ｉ＞０

2)作用：在热和机械力联合作用下，形成塑性环和熔核，直到熔核长到所要求尺寸.

第31页,共116页，2024年2月25日，星期天3.冷却结晶阶段

1)机电特点：Ｆ＞０，Ｉ=０

2)作用：保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，冷却结晶时间很短（一般１~２周波），但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论

第32页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊时的分流第33页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊分流的影响因素焊点距的影响：连续点焊时，点距愈小，板材愈厚，分流愈大；如果所焊材料是导电性良好的轻合金，分流将更严重，为此必须加大点距。焊件表面状态的影响焊接顺序的影响电极(或二次回路)与工件的非焊接区相接触单面点焊工艺特点的影响第34页,共116页，2024年2月25日，星期天分流的不良影响使焊点强度降低单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅第35页,共116页，2024年2月25日，星期天消除和减少分流的措施选择合理的焊点距严格清理被焊工件表面注意结构设计的合理性连续点焊时，可适当提高焊接电流。单面多点焊时，采用调幅焊接电流波形第36页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊时各种电流波形

及其适应范围第37页,共116页，2024年2月25日，星期天工频交流电流波形这种电源是电能由电网经开关进入单相焊接变压器降压后输给焊件。设备简单，因此使用最为广泛。其特点是电流每周有二次过零。虽简单的工频点焊机的电流幅值，用调节焊接变压器的变压比来进行有级调节(非同期有触点开关时)。因合闸时的过渡过程导致起始时的冲击电流可能很大，使电网负荷严重不平衡，故焊机容量不宜过大。对于容量大或要求调节精度高的场合，一般采用同期控制(或称同步控制)，这样在同一级内尚可用改变晶闸管导通角来进行热量调节，并可避免起始时的不正常冲击电流，还能精确控制通电时间为20ms(50Hz时)的整倍数。这种同期控制的焊机能满足常用厚度的各种钢材(碳钢、合金结构钢、不锈钢)、高温合金及镀层钢板的点焊。第38页,共116页，2024年2月25日，星期天低频电流波形将电能由电网经复杂的变频电路变成<20Hz，再降压至l0V之内输人焊件。因低频，二次回路的感抗极小，再加上三相输入，电网负荷平衡，故焊机容量大、电流峰值高，且具有缓馒上升、下降的特性。但设备昂贵，只有在工艺上需要缓慢上升、电流峰值大的场合(例铝合金点焊或厚钢板点焊时)采用。第39页,共116页，2024年2月25日，星期天二次整流将电能由电网先经焊接变压器降压再用二极管整流后输入焊件，二次回路的感抗几乎为零。它有单相、三相及逆变式三种，后二种电网负荷平衡，一般用于需要大电流和电感变化较大的场合(例如厚板、长臂和铁磁体在回路中大幅变动等)。第40页,共116页，2024年2月25日，星期天电容放电电能先从电网向电容器充电，当达到一定电压后停止充电，焊接时瞬时向焊接变压器一次绕组放电，在其二次侧感应出一个高的脉冲电流施入焊件。其特点是电流上升极快，一般在3ms左右，峰值大。主要用于点焊热时间常数很小的超薄板及有色金属，亦用于点焊厚薄差较大的板材等。第41页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊接头的质量检验第42页,共116页，2024年2月25日，星期天电阻焊接头的等级划分一级：承受很大的静、动载荷或交变载荷。接头的破坏会危及人员的生命安全。二级：承受较大的静、动载荷或交变载荷。接头的破坏会导致系统失效，但不危及人员的安全。三级：承受较小静载荷或动载荷的一般接头。第43页,共116页，2024年2月25日，星期天接头检验方法与内容破坏性检验撕破检验断口检验低倍检验金相检验力学性能试验无损检验目视检验密封性检验射线检验超声波检验其它检验第44页,共116页，2024年2月25日，星期天破坏性检验破坏性检验能提供各种确切的定量数据，如力学性能、熔核尺寸、缺陷性质和多寡以及耐腐蚀性能等。因此它是取得接头质量定量数据的主要手段。但检验试祥已经破坏，而实际产品仍未直接检验，因此检验结果仅能提供代表性的参考信息。如何使试祥更真实地代表产品本身，是一个复杂的数学问题。因此在样品的分组、取样数量和方法上各专业标准均作具体现定。第45页,共116页，2024年2月25日，星期天撕破检验这是一种针对薄板点、凸和缝焊接头的简易检验方法，用于粗略判断熔核大小和力学性能。便于现场操作，常用来作为确定焊接参数的前期筛选手段和生产中考查质量稳定性的自检手段。第46页,共116页，2024年2月25日，星期天断口检验这是一种针对对焊接头检验的简易现场检验方法，亦用于确定焊接参数的前期筛选及生产过程中定期自检。第47页,共116页，2024年2月25日，星期天断口检验的内容断口检验，除了能观察到有无裂纹、过烧和夹杂等缺陷外，还能观察到灰斑的多寡与分布状态。也是观察灰斑分布情况的唯一方法。闪光对焊时在端面形成一薄层液态金属，而其表面必有氧化膜，顶锻时当氧化膜不能完全随液态金属挤出接口时．将残留在接口局部组成脆性的灰斑区，而在冷弯或冲击时极易在此开裂。第48页,共116页，2024年2月25日，星期天低倍检验适用场合：主要针对点、凸及缝焊接头。具体步骤：磨片、腐蚀、读数显微镜检验检验内容：测定熔核直径、焊透率及压痕深度等数值观察有无宏观缩孔、裂纹和夹杂等缺陷的数量。第49页,共116页，2024年2月25日，星期天金相检验用于检验接头显微组织，如结晶特征、组织形貌及微观缺陷等，亦用于鉴别冶金缺陷如裂纹、胡须等。点、凸和缝焊时，一般仅作为对低倍捡验疑问的裁定手段；对焊时常作为重要产品的必检项目。第50页,共116页，2024年2月25日，星期天电阻焊接头力学性能试验第51页,共116页，2024年2月25日，星期天无损检验无损检验以不损坏产品使用性能为前提的检测方法，可以推广到每个零件的每个焊接接头，因此是保证产品安全的最可靠手段。但在电阻焊接头中由于接头的特殊性，仅有少量方法获得工业应用，大多数方法处于实验研究阶段。第52页,共116页，2024年2月25日，星期天目视检验目视检验是用小于20倍的放大镜作外部缺陷的检验。此法能发现表面裂纹、烧穿、压痕过深、电极粘附、焊件错位等多种外表缺陷。同时，从接头外形尚能对焊透情况粗略判断。第53页,共116页，2024年2月25日，星期天密封性检验任何有密封要求的焊缝均作密封性检验。要求作此项检验的焊缝有缝焊、对接缝焊和对焊几类。第54页,共116页，2024年2月25日，星期天射线检验

射线检验在压力容器制造业广为采用，它能有效地发现焊接区的裂纹、夹杂、末焊透及缩孔等缺陷。在电阻焊接头中，亦可用来发现裂纹、缩孔及内部飞溅等。点焊及缝焊接头一船均用于薄板结构，除少数热敏感性强的合金钢和有色合金外，较少出现裂纹，其它缺陷对强度影响较少。而影响强度最敏感的熔核大小一般用射线检验。第55页,共116页，2024年2月25日，星期天超声波检验超声波检验主要用于厚板探伤。在点、缝焊等的薄板焊件中未见应用报导。在大型对接零件的探伤检阅中该法应用甚广．例如铁路钢轨对接焊接头、石油钻杆对接焊口等均采用该法。它能发现末熔合、夹杂物和裂纹等缺陷。但对严重影响塑性指标的灰斑缺陷尚不能用此法检验。第56页,共116页，2024年2月25日，星期天其它检验方法磁粉、涡流和萤光这些方法均用于检测接头表层的缺陷，主要是延伸到表层的细小裂纹。第57页,共116页，2024年2月25日，星期天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。缺陷的形成原因众多，分析时应抓住主导原因。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，分别叙述如下：第58页,共116页，2024年2月25日，星期天搭接接头中的缺陷末熔合与未完全熔合缩孔裂纹结合线伸入喷溅压痕过深第59页,共116页，2024年2月25日，星期天缩孔由于金属加热时体积膨胀，因此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。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。第60页,共116页，2024年2月25日，星期天缩孔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。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。第61页,共116页，2024年2月25日，星期天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。避免裂纹的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。第62页,共116页，2024年2月25日，星期天结合线伸入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。因此该处应力集中，极易在运行时扩展成裂纹，一般不允许存在。第63页,共116页，2024年2月25日，星期天喷溅点焊、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，严重时形成空穴称为烧穿，会影咱使用性能。第64页,共116页，2024年2月25日，星期天压痕过深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％。避免压痕的措施是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。第65页,共116页，2024年2月25日，星期天末熔合与未完全熔合末熔合与未完全熔合是指母材与母材之间末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高的零件之中。原因：焊接区热输入不足及散失热量过多。凡能引发上述原因的因素均能造成此种缺陷。该缺陷目前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。避免此种缺陷的主要手段是加强焊接参数的监控。第66页,共116页，2024年2月25日，星期天电阻焊质量监测与控制第67页,共116页，2024年2月25日，星期天必要性在大批量生产中，一个产品往往需要几十台甚至上百台点焊机配套工作，这将使电网电压、气压产生很大的波动，再加上难以避免的分流、电极磨损等不利因素的存在，致使点焊质量极不稳定，严重时将成批出现不合格的焊点。另一方面，由于点焊独特的接头形式和工艺的限制，致使在电弧焊生产中应用效果很好的焊后无损检测方法在点焊生产中却难以应用，同时也将使生产效率降低、产品成本剧增。第68页,共116页，2024年2月25日，星期天必要性为了保证焊点质量，国内外几乎所有的汽车生产厂家几十年来都一直采用焊前打试片、焊后进行破坏性抽样检验的方法来保证焊点质量。显然，这种方法已无法满足汽车工业发展对点焊质量提出的高可靠性、低成本的要求。为了改变这种现状，有必要研制新型点焊质量监测系统。采用点焊质量监测系统，可以在线监测每一台焊机、每一焊点的质量，及时指出不合格的焊点及其形成原因，使操作者及时进行在线"补救"，以有效提高和稳定焊点质量。第69页,共116页，2024年2月25日，星期天焊接参数的划分

焊接规范参数：焊接电流、电极压力、焊接时间、电极端面尺寸等；焊接过程参数：监测信息，如：动态电阻、红外辐射、电极间电压、能量等；焊接质量参数：熔核直径、焊透率、压痕深度、拉剪强度、拉伸强度、疲劳强度等；第70页,共116页，2024年2月25日，星期天质量监控的难度

电阻点焊过程是一个高度非线性、有多变量耦合作用和大量随机不确定因素的过程，同时由于点焊的形核处于封闭状态而无法观测，特征信号的提取比较困难；而且形核过程的时间极短，焊接条件短时间的波动就会造成较严重的后果。因此，点焊质量的监测和控制难度极大。第71页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊质量监测信息焊接电流电极间电压能量积分动态电阻热膨胀电极位移红外辐射超声波第72页,共116页，2024年2月25日，星期天不同焊接电流时动态电阻曲线

第73页,共116页，2024年2月25日，星期天监控方法的现状及

发展趋势第74页,共116页，2024年2月25日，星期天监控焊接热量

这类方法包括恒流控制法、恒压控制法等。其原理是：在焊接过程中，适时测量焊接热量参数值，并与给定值比较，当出现偏差时，调节可控硅的控制角，以维持焊接热量参数的恒定。这类方法的优点是简单可靠、易于实现。目前，欧、美及日本的各大汽车公司几乎均采用这类方法，我国各大汽车厂大部分也采用这类方法。可见这类方法的普及性;缺点是对电极压力波动、电极磨损及分流的影响等无补偿作用。第75页,共116页，2024年2月25日，星期天监控过程参数的某个特征量

在点焊过程中，有许多过程参数的变化可以反映焊点的形成过程，可以作为质量监测的依据。但是，这些过程参数与焊点质量之间的关系却难以用数学公式来清晰地描述，因此人们往往用过程参数的某个特征量作为焊点质量监测的依据。第76页,共116页，2024年2月25日，星期天第77页,共116页，2024年2月25日，星期天特征量与焊点质量的关系当特征量T过小时，熔核没有完全形成。当特征量T达到一定值后，熔核形成，焊点强度F随着特征量T的增大而增加，当熔核直径达到或比电极端面直径稍大时，特征量T达到饱和。如再增加特征量T值，则产生飞溅，导致焊点质量下降。因此，A点对应的T值，就是期望值。此外，焊件愈厚，过A点后曲线变化愈陡峭，特征量T的变化对焊点强度的影响愈敏感，A点愈不易确定，控制难度也将增大。第78页,共116页，2024年2月25日，星期天常用过程参数及其特征量

过程参数特征量

焊接电流积分值电极间电压积分值、下降量、下降率、方差、最大值动态电阻积分值、下降量、下降率能量积分值热膨胀电极位移最大位移量声发射振铃次数红外辐射最大辐射量超声波“W”波形的宽度、高度

第79页,共116页，2024年2月25日，星期天具体应用方法应用这种监控方式在监控某产品的点焊质量之前，应根据工艺实验找出特征量T值与熔核直径以及焊点强度之间的关系，并求出特征量的控制带。根据控制带确定监控仪上的特征量上、下限预置开关，当实测的特征量值超出上、下限时，仪器将报警，指出该焊点质量不可靠，应作处理。

第80页,共116页，2024年2月25日，星期天效果不好？这些装置实质上是使用点焊过程中监测信息的某一特征量与质量参数之间的一元线性回归模型关系来间接地监控焊点质量的。由于一个特征量只能片面地反映点焊加热过程，而一元线性回归模型也只能描述监测信息与质量参数之间局部线性关系，难以描述整体的非线性关系，因此在焊接过程中无法及时获知焊点质量参数的准确值。这就是现有点焊质量监控方法存在控制效果不理想、适用范围窄的主要原因。第81页,共116页，2024年2月25日，星期天监控某一过程参数的曲线

在用于批量生产之前，先把合格焊点的标准过程参数曲线储存下来，然后通过大量的工艺实验确定合适的容限。在用于批量生产时，需要对每一焊点的每一周波的焊接电流进行计算和调整，强制该焊点形成过程中的过程参数，按照合格焊点的标准曲线发展，焊后再将过程参数的实际曲线与标准曲线比较，观察是否满足容限值，以判断质量是否合格，从而保证每一焊点的质量。

第82页,共116页，2024年2月25日，星期天实践证明，这种技术的控制效果明显优于单个特征量监控技术，但应用局限性很大，对工艺条件和周围环境干扰程度要求非常严格，难以普及推广。

第83页,共116页，2024年2月25日，星期天为了保证控制效果的稳定性，采取的主要措施有（1）采用计算机群控技术，减小网压波动的范围。（2）严格控制电极使用时间，减小电极磨损对焊点质量的影响。据资料介绍，每个电极仅焊320个点就进行更换。（3）由于焊件的结构、形状和尺寸都是确定的，因此可以通过合理的工艺设计避免分流、铁磁物伸入对焊点质量的影响。

第84页,共116页，2024年2月25日，星期天监控点焊质量参数

基于模糊分类理论的点焊质量的等级评判

基于回归分析理论的铝合金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

第85页,共116页，2024年2月25日，星期天基于模糊分类理论的点焊质量的等级评判

1994年，德国学者Burmeister采用模糊分类理论和现有的专家知识，建立了三个电参数（焊接电流、电极间电压、工件电阻）和两个机械参数（电极位移、电极加速度）与焊点质量之间的非线性关系模型，实现了低碳钢点焊质量的在线等级评判。优点:综合考虑监测信息与质量指标间的非线性缺点:难以摆脱专家经验等人为因素的影响第86页,共116页，2024年2月25日，星期天基于回归分析理论的铝合金点焊质量多参数监测方法

1996年，英国学者M.HAO采用线性回归分析理论，分别建立了一些过程参数的各个特征量以及多个特征量与铝合金焊点质量之间的关系模型。结果表明：多元回归模型的误差比最佳的一元回归模型的误差大约下降30%。

第87页,共116页，2024年2月25日，星期天熔

核

直

径

预

测

结

果

一元线性回归模型预测结果多元线性回归模型预测结果

均方根差/mm相关系数均方根差/mm相关系数MAY28ET0.2830.9920.2250.996MAY28CO0.3860.9650.2020.990JUN10CA0.3850.9500.2030.985第88页,共116页，2024年2月25日，星期天基于神经元网络理论的点焊质量多参量综合监测

目前，发展点焊质量监测技术的难度，依然体现在对焊点质量参数无法直接测量，只能通过一些过程参数进行间接的推断，发展多参量综合监测技术是提高点焊质量监测精度的有效途径。如何充分利用监测信息，建立合理的多元非线性监测模型，并使监测模型能够在较宽条件内提供准确、可靠的点焊质量信息，已成为发展多参量综合监测技术的关键。

第89页,共116页，2024年2月25日，星期天目前的研究成果1997年，哈尔滨工业大学运用神经元网络技术和回归分析技术，研究了动态电阻与焊点质量之间的模型关系，证明神经元网络模型的精密度要比多元线性回归模型的精密度高2～3倍，并证明即使在加热强度变化范围是从未形成接头到强烈飞溅这样恶劣的工艺条件下，采用神经元网络模型也可以在焊接过程中实时、准确地监测焊点质量，为进一步实现以质量信息为目标的点焊质量直接控制奠定了必要的基础。

第90页,共116页，2024年2月25日，星期天各种模型的均方差

均方差模型类型质量参数HRDEHRTNRT熔核直径2.8951.1830.158焊透率380.762153.71123.756拉剪强度1.2610.6460.137第91页,共116页，2024年2月25日，星期天与多元回归模型和神经元网络模型相比，一元线性回归模型的均方差最大，这说明用单个特征量来监控焊点质量，效果将是最劣的。

动态电阻特征量与点焊接头质量参数间的模型，其相应的神经元网络模型的性能远优于相应的回归模型的性能，这说明神经元网络模型比多元线性回归模型更适合用于描述点焊过程参数与质量参数之间非线性、强耦合的关系。

第92页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊电极的研究进展第93页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊电极为什么容易失效？

电极是点焊中的易耗零件，在点焊过程中，电极的主要功能是传输电流、加压和散热，由于电极和焊件接触时的温度较高，而且自身具有一定的电阻，也会发热，因此，电极头部的温升很快，达到了稍低于焊点熔核的高温，使电极头部在高温及高压力作用下很快失效。第94页,共116页，2024年2月25日，星期天第95页,共116页，2024年2月25日，星期天点焊电极的失效形式1.塑性变形

电极的塑性变形都导致电极端部形成蘑菇状和电极直径的增加，这种塑性变形的产生是由于电极头部在焊接时承受压力和高温作用的结果。一般来讲，电极表面的温度与焊件表面的温度应相等，点焊时钢板的表面温度大约为700度左右，点焊镀锌钢板时，电流密度比点焊无镀层钢板电流密度要高30%左右，电极表面的温度能达到800-900度。正是由于电极头部的温度分布不均匀，使得电极头部产生了不均匀的塑性变形。此外，电极与工件表面的高温还导致了在电极头部产生低屈服强度的Zn-Cu合金，这将加重电极局部的塑性变形。塑性变形的产生，使得电极头部的直径随焊点数目的增加而增加，从而导致焊接电流密度下降，熔核焊透率降低，直到焊核直径减小，焊点强度下降趋近允许值，此时必须修整电极或更换电极。第96页,共116页，2024年2月25日，星期天2.磨损

电极的磨损主要发生在电极头部，表现为电极头部的物质转移到被焊工件表面，使得电极磨损，导致电极直径增大和焊接电流密度下降。另外，影响磨损的因素还有在正常焊接规范下电极撞击工件和电极缺乏充足的冷却。3.合金化

电极的合金化主要发生在电极和镀层钢板的交界面上，合金主要产生在电极工作端面及头部的周围。电极合金化的程度取决于在焊接循环过程中电极与工件交界面作用的温度和时间，镀层元素与电极材料的扩散速度，以及生成物质在电极端面的形核和长大。一般来讲，电极端面与工件作用时间越长、工作温度越高，越易合金化，而合金化的产生不仅使电极端面的电导率下降，提高了焊接时电极表面的温度，加快了合金化，而且影响了电极表面的电流分布。第97页,共116页，2024年2月25日，星期天4.坑蚀

坑蚀是导致电极失效的主要方式之一。在点焊电极焊接镀层钢板时，由于高温的作用，在电极表层产生了低熔点合金，当电极离开工件时，有些低熔点合金在飞溅作用下离开了电极端面，即在电极端面产生了一个小的弧坑，许多小的孤坑连成一起的过程叫坑蚀，坑蚀的结果便形成了蚀坑。蚀坑的产生，提高了坑蚀周围的电流密度和工作压力，导致了蚀坑周围产生更严重的塑性变形和脱落，从而增加了电极端面的直径和降低了焊点直径。5.热疲劳

点焊电极在工作过程中不仅要在高温下传递压力，而且还承受着加热和冷却的热应力作用，在两者的作用下，产生热疲劳，使得电极最终失效或电极表层脱落。第98页,共116页，2024年2月25日，星期天6.粘附

点焊电极在工作过程中由于电极头部和镀锌钢板的接触温度高于镀锌层的熔点，使熔化的镀锌层强烈粘附在电极头部而产生粘附。7.再结晶

电极的再结晶温度大约在700-800'C的范围。虽然电极与工件连接界面上的温度基本低于此温度，但有些区域的温度也有可能达到此温度，这取决于工件与电极之间的接触电阻、焊接速度、冷却状况及电极合金类型。一旦电极某个区域的温度大于电极的再结晶温度，则在电极中将产生再结晶和晶粒增大，使得电极易于失效。第99页,共116页，2024年2月25日，星期天延长点焊电极寿命的措施1.电极端面的表面改性2.粉末冶金电极3.优选焊接规范4.电极的深冷处理第100页,共116页，2024年2月25日，星期天用电流波形控制法提高锌钢板点焊电极的寿命第101页,共116页，2024年