《汽车制造工艺技术》 教案 任务二 电阻点焊

编号：LNJD-PR08-RE08授课方案授课教师张德虎课程名称汽车制造工艺技术1单元16授课时间年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第节第节第节班班班授课章节任务二电阻点焊教学目标知识目标：掌握电阻点焊的定义和主要参数选择，了解电阻点焊的焊接循环过程能力目标：能正确使用汽车电阻点焊设备素质目标：培养学生爱动脑、善于查资料的素质重点难点重点：电阻点焊主要参数选择和循环过程难点：电阻点焊设备教学地点普通教室□一体化教室R多媒体教室R实训室□实验室□企业现场□其他教学方法及手段常规教学□启发式教学√现场教学□案例教学□问题教学√项目教学√多媒体教学□演示教学□其他教学过程设计一、复习二、导入三、讲授新课四、提问五、布置作业六、总结教学后记辽宁机电职业技术学院教案用纸No授课内容备注任务二电阻点焊【复习】1.电阻焊的概念、分类?2.电阻焊的工作原理？【导入】

汽车车身电阻点焊的应用和结构如下图：【讲授新课】一、电阻点焊的定义

点焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化状态,使之形成金属结合的一种方法。点焊的接头形式是搭接。点焊时，将焊件压紧在两圆柱形电极间，并通以很大的电流，利用两焊件接触电阻较大，产生的热量大，迅速将焊件接触处加热到熔化状态，形成液态熔池（焊核），当液态金属达到一定数量后断电，在压力的作用下，冷却凝固形成熔核，如图4-8所示。点焊主要用于带蒙皮的骨架结构，例如汽车驾驶室、客车厢体和飞机翼尖翼肋等。图2

点焊示意图

1.点焊的电极点焊时，常用的电极材料有纯铜电极、镉青铜电极和铬青铜电极。（1）纯铜电极。纯铜具有良好的导电性和导热性，但由于硬度和屈服强度较低，因此寿命很短。纯铜电极适用于工作量不大的轻合金焊件的焊接。（2）镉青铜电极。镉青铜具有较好的力学性能和导电性(为纯铜的90%)，常用来制造焊接黑色金属的电极和有色金属电极。（3）铬青铜电极。铬青铜电极具有相当高的硬度，并有良好的导电性和较好的抗氧化能力，它的使用寿命长，因此被广泛用于耐热钢和不锈钢的焊接。2.点焊的接头形式点焊时工件采用的接头形式如图4-9所示，分为单剪搭接、双剪搭接、带垫片对接以及弯边搭接等几种，其中单剪搭接接头应用最广。二、电阻点焊的特点1）电阻点焊的优点（1）熔核形成时始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。（2）加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。（3）不需要焊丝、焊条等填充金属作焊接材料，焊接成本低。（4）操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。（5）生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上。2）电阻点焊的缺点（1）点焊因在两板焊接熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。（2）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。（3）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件破坏性试验来检查，靠各种监控进行技术保证。三、电阻点焊主要参数选择

1.焊件的焊前清理焊前必须清除焊件表面的油脂、脏物及氧化膜。因为这类杂质的存在，会使焊件与焊件间、焊件与电极间的接触电阻显著增加，甚至出现局部不导电，破坏了电流和热量的正常分布;在电流密度特别大的地方，发生金属局部熔化、飞溅和表面过热或烧穿焊件。如果氧化膜太厚，会使焊件接触面绝缘，不能形成焊点。清理前，选用有机溶剂（汽油、丙酮等）或碱性溶液除去焊件表面的油漆和油脂，然后再去除表面的氧化膜，一般可用纱布、铜丝刷或喷砂处理。2.电阻点焊的能量

电阻点焊的能量是电阻热，因此，它符合焦耳定律：

Q=I2RT

其中，Q—电阻点焊能量；

I

—焊接电流；

R—电焊过程中的动态电阻；

T—

焊接时间。

3.焊接电流

由于绕流现象产生的边缘效应，电流通过焊件时的分布将是不均匀的。即：两电极间的电流密度是不均匀的。由右图4可以看到：贴合面的边缘电流密度出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现塑性连接区，这就是塑性环。熔核就是在塑性环里形成并长大的。塑性环的作用：防止熔核氧化和飞溅。4.焊接电阻

如右图5所示：电极与工件间接触电阻Rew、工件间的接触电阻Re（Rew和Re被称为接触电阻）和工件自身的电阻Rw（Rw成为内部电阻）构成了点焊时电阻热的发生机构。其中，接触电阻产热约为5%-10%，内部电阻产热约90%-95%。由图6可以看到：在其他焊接参数不变的情况下，随着电极压力的增大，焊接电阻迅速减小，当电极压力增加到一定值时，焊接电阻趋于稳定。

5.温度场的分布

温度场是产热与散热相互作用的表现和结果.由于产热电阻阻值的不同、电流线分布的不均匀性以及水冷铜合金电极的强烈冷却作用，使温度场的分布具有不均匀性.由图7可以看出：点焊时板件贴合面处的温度最高，这样的分布有利于贴合面处的母材熔化形成熔核。

6.点焊焊接参数的选择点焊时，主要的焊接参数有焊接电流、通电时间、电极接触面积和电极压力等。其焊接参数的选择主要用实验法，即试焊、检验，最后确定焊接规范。常用的低碳钢点焊焊接参数见表4-3。四、电阻点焊焊接循环过程点焊的焊接过程由预压、通电、维持、休止四部分组成。其焊接质量的好坏与预压力、通电时间、通电电流、工件性能、电极的形状与材料等因素有直接关系，其中通电电流和通电时间对焊接质量的影响最大。（1）预压力的影响点焊的预压力是由电极施加的，因此预压力又称为电极压力。适当的电极压力对于保证焊接质量十分有利，其原因是：适当的电极压力可以破坏焊接接头表面的氧化物层，使焊接接头表面保持良好的接触，促进焊接接头的熔合；热熔时在电极压力作用下形成的塑性环可防止周围气体侵入和液态熔核金属沿板缝向外喷溅，这对于保证焊接质量具有十分重要的作用。（2）焊接电流的影响点焊所需要的热量完全由电流转换而来，由此可见焊接电流对焊接质量的影响。电流越大，所产生的焊接热越大，焊接接头处的金属越容易熔化。不同的材料其熔化热和散热能力均有较大差异，因此焊接不同种类的金属应采用不同的焊接电流。此外，点焊接头处金属厚度的不同所需的焊接热也存在很大的差异，因此焊接较厚的金属时需要较大的焊接电流，焊接较薄的金属时需要较小的电流，否则焊接接头有被烧穿的危险。由此可见，焊接电流是一个必须严格控制的重要参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。（3）通电时间的影响通电时问又称焊接时间，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流、短时问焊接模式(简称强条件或硬规范)，也可采用小电流、长时间(简称弱条件或软规范)。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时问，都有一个上下限，选用时应特别注意这一点。（4）电极形状及材料的影响由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。（5）工件性能的影响工件表面状况如氧化物、污垢、油和其他杂质等均会影响工件的导电性能，通常情况下都会增大焊接接头处的接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能导通，使焊接过程无法进行。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的均匀性，引起焊接质量的不稳定。因此彻底清洁工件表面是保证获得优质焊接接头的必要条件。除工件表面状况会影响到焊接质量外，工件材料的许多性能都会对点焊的有效性构成较大影响：材料的导电性和导热性越高，焊接性越差；材料的高温强度越高、屈服强度越高，焊接性越差；材料的塑性温度范围越窄，对参数波动越敏感，焊接性越差；材料对热循环的敏感性越强，焊接性越差；此外，熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜的金属，其焊接性一般较差。（6）点焊参数的选用选择点焊参数时可以采用计算法或查表法，无论采用哪种方法，所选择出来的参数都不可能是十分精确和合适的，需针对具体工件的特点由实验确定。五、电阻点焊的设备

目前在生产中的电阻焊焊机种类很多，按其用途可分为点焊焊机、缝焊焊机和对焊焊机等。

1.点焊机的分类1）按使用的电源不同，可分为工频（即50Hz的交流电源）点焊机、脉冲点焊机、直流冲击波点焊机、电容储能式点焊机以及变频点焊机（包括高频点焊机和低频点焊机）等，如图4-11~4-15所示。

2）按加压机构传动方式的不同，可分为脚踏杠杆式点焊机、电动凸轮式点焊机、气压传动式点焊机、液压传动式点焊机以及复合（如气压-液压式）点焊机等。

3）按电极的运动形式不同，可分为垂直行程式点焊机和圆弧行程式点焊机(图4-16、图4-17)。4）按一个焊接周期完成的焊点数不同，可分为单点式（如常用的DN2系列点焊机）、双点式和多点式（如汽车制造专用的DNI3系列多头点焊机）。5）按焊机安装形式的不同，可分为固定式点焊机、移动式点焊机和悬挂式点焊机。

2.焊钳电阻点焊设备在汽车生产中主要分两类：悬挂式点焊焊机和机器人点焊设备。悬挂式点焊焊机由焊钳、焊机变压器、焊机控制器、水冷却系统、气动加压系统和悬挂装置等部分组成，根据焊臂的动作分为X型与C型两种；机器人点焊设备主要由点焊控制器、焊钳(包括阻焊变压器)及水、电、气等辅助部分组成。悬挂焊是采用工件不动，焊钳移动的焊接方式，主要用于焊接一般固定式焊机不能或不便焊接的低碳钢、低合金钢、不锈钢、镀层钢、板材及圆钢。而焊接机器人则采用焊钳和工件都运动的焊接方式，其自动化和劳动强度都得到了很大的改观，所以焊接机器人在现代工业生产中得到了广泛的应用，特别是在汽车生产中应用尤为广泛。（1）焊钳概述点焊机的焊钳由定焊臂、动焊臂、定电极、动电极、机体、悬臂、手柄、焊接启动开关、气缸和辅助行程开关等组成，如图4-18所示。焊机主要分为X型和C型。X型悬挂焊机的焊臂能像剪刀一样张开和闭合，该类焊机适用于尺寸大且焊接位喉深大的工件焊接，其常用焊臂长度有330mm、420mm、500mm、600mm，最长可达1200mm，特殊的还可定制。C型悬挂焊机静止的焊臂似L状，另一焊臂垂直于L型焊臂的短边，两条焊臂构成的包围圈在没有闭合时像字母“C”因此而得名。此类焊机适用于工件大但焊接位喉深不大、对焊接速度要求较高的情况，例如风管口里管道与法兰角铁的焊接。（2）焊钳的分类焊钳的分类方法有很多种，按应用场合可分为便携式焊钳、自动平衡焊钳和机器人焊钳3大类。①便携式焊钳。便携式焊钳是用于手工操作的焊钳，结构简单、重量轻、灵活方便，主要有普通型和一体化型两大类。普通型是指焊钳与阻焊变压器分离，操作性能好，维修简单，产品较为成熟；一体化型是指焊钳与阻焊变压器安装在一起，共同固定在焊钳手臂末端，其主要优点是节省能量。一体式焊钳的缺点是焊钳重量增大，要求负载能力变大，但随着逆变焊钳的发展及机器人负载能力的提高，一体式焊钳将得到广泛的应用，如图4-19a所示。②自动平衡焊钳。与便携式焊钳类似，只是在焊接时焊钳不用人工控制，而将它与夹具配合，固定在夹具上，实现一定程度的自动化生产。③机器人焊钳。点焊机器人用焊钳与焊条电弧焊焊钳一样有C型和X型两种，但与焊条电弧焊焊钳相比其使用寿命长、尺寸精度高、结构紧凑且重量轻。根据工件及焊接夹具的结构形式来选取焊钳的种类及结构尺寸，对于较复杂的工件一般需要通过仿真来确定焊钳的尺寸。与机器人连接可自动控制，精度高、效率高，但机构较复杂、重量大，如图4-19b所示。（3）焊钳选用的基本原则

①

依据产品结构、夹具结构和作业方位等确定合理的点焊钳形式。②根据焊钳的工作位置、工件形状选择焊钳的门深、门高选择，如图4-20所示。③根据焊接板厚、加压时间和焊接部位的材料等条件选择电极加压力，从而选择气缸直径。④根据辅助行程和工作行程选择气缸的长度。

经过辅助行程使焊钳进入焊接部位，进入焊接部位后关闭辅助行程，改为工作行程。⑤根据客户要求选择电缆连接方式。⑥根据焊接条件来选择手柄型号。

3.点焊机常见故障及排除方法点焊机常见故障及排除方法见表4-4。4.电阻焊机的使用、维护及安全注意事项1）焊机工作前，对各有关传动部分加油，保证润滑良好；2）焊机通水后方可进行操作；3）要经常保持接触器触点清洁；4）电极与焊件接触处应保持光洁，必要时用细砂纸磨光；5）焊后应及时清理焊机上的飞渣，防止金属飞渣落入焊接变压器线圈中发生短路；6）焊机在摄氏零度以下工作完毕后，应使用压缩空气吹除冷却管