焊工工艺学第五版教学课件第十章-电阻焊

第十章电阻焊§10-1电阻焊的原理及特点§10-2电阻焊设备§10-3电阻焊工艺思考与练习12一、电阻焊的原理§10-1电阻焊的原理及特点二、电阻焊的特点三、电阻焊的分类及应用3一、电阻焊的原理电阻焊是指焊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。这里用最常用的电阻焊方法——点焊的电阻分布来说明电阻焊电阻的组成，如图所示。§10-1电阻焊的原理及特点点焊时电阻的分布Rc—工件之间的接触电阻Rew—电极与工件的接触电阻Rw—工件本身电阻4二、电阻焊的特点电阻焊与其他焊接方法相比有以下特点：1．由于是内部热源，热量集中，加热时间短，在焊点形成过程中始终被塑性环包围，故电阻焊冶金过程简单，热影响区小，变形小，易于获得质量较高的焊接接头。2．电阻焊焊接速度快，特别对点焊来说，有时1s可焊接4～5个焊点，故生产效率高。3．除消耗电能外，电阻焊不需消耗焊条、焊丝、乙炔、焊剂等，可节省材料，因此成本较低。§10-1电阻焊的原理及特点5二、电阻焊的特点4．操作简便，易于实现机械化、自动化。5．电阻焊所产生的烟尘、有害气体少，改善了劳动条件。6．由于焊接在短时间内完成，需要用大电流及高电极压力，因此焊机容量大，设备成本较高，维修较困难，而且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。§10-1电阻焊的原理及特点6二、电阻焊的特点7．电阻焊焊机大多工作固定，不如焊条电弧焊等灵活、方便。8．点焊、缝焊的搭接接头不仅增大了构件的质量，而且因为在两板间熔核周围形成尖角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度降低。9．目前尚缺乏简单而又可靠的电阻焊无损检测方法，只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证焊接质量。§10-1电阻焊的原理及特点7三、电阻焊的分类及应用电阻焊的分类方法很多，一般可根据接头形式和工艺方法、焊接电流和电源能量种类来划分，具体分类方法如图所示。§10-1电阻焊的原理及特点电阻焊的分类8三、电阻焊的分类及应用目前常用的电阻焊方法主要是点焊、缝焊、凸焊和对焊，如图所示。§10-1电阻焊的原理及特点电阻焊的分类9点焊时，将焊件搭接装配后，压紧在两圆柱形电极间，并通以很大的电流，两焊件接触电阻较大，会产生大量热量，迅速将焊件接触处加热到熔化状态，形成似透镜状的液态熔池（焊核），当液态金属达到一定数量后断电，在压力的作用下，冷却凝固形成焊点。§10-1电阻焊的原理及特点1．点焊10缝焊与点焊相似，也是搭接形式。在缝焊时，以旋转的滚盘代替点焊时的圆柱形电极。焊件在旋转滚盘的带动下向前移动，电流断续或连续地由滚盘流过焊件时，即形成缝焊焊缝。因此，缝焊的焊缝实质上是由许多彼此相重叠的焊点组成的。§10-1电阻焊的原理及特点2．缝焊11凸焊是点焊的一种变型，是在一工件的贴合面上预先加工出一个或多个凸起点，使其与另一工件表面相接触并通电加热，然后压塌，使这些接触点形成焊点的电阻焊方法。进行凸焊时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。凸焊的种类很多，除了板件凸焊外，还有螺母和螺钉类零件凸焊、线材交叉凸焊、管子凸焊和板材T形凸焊等。§10-1电阻焊的原理及特点3．凸焊12对焊是指将工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力从而完成焊接的方法。对焊均为对接接头，按加压和通电方式不同分为电阻对焊和闪光对焊。§10-1电阻焊的原理及特点4．对焊13（1）电阻对焊进行电阻对焊时，将焊件置于钳口（即电极）中夹紧，并使两端面压紧，然后通电加热，当零件端面及附近金属加热到一定温度（塑性状态）时，突然增大压力进行顶锻，使两个零件在固态下形成牢固的对接接头。§10-1电阻焊的原理及特点4．对焊14（2）闪光对焊闪光对焊是对焊的主要形式，在生产中应用十分广泛。进行闪光对焊时，将焊件置于钳口中夹紧后，先接通电源，然后移动可动夹头，使焊件缓慢靠拢接触，因端面个别点的接触而形成火花，加热到一定程度（端面有熔化层，并沿长度有一定塑性区）后，突然加速送进焊件并进行顶锻，这时熔化金属全部被挤出接合面之外，而靠大量塑性变形形成牢固的接头。§10-1电阻焊的原理及特点4．对焊15一、电阻焊电源及电极§10-2电阻焊设备二、点焊机和对焊机三、缝焊机和凸焊机16一、电阻焊电源及电极（1）电流大，电压低电阻焊是以电阻热为热源的，为了使工件加热到足够的温度，必须施加很大的焊接电流。常用的电流为2～40kA，在铝合金点焊或钢轨对焊时甚至可达150～200kA。§10-2电阻焊设备1．电阻焊电源17（2）功率大，可调节由于焊接电流很大，虽然电压不高，焊机仍可达到比较大的功率，一般电阻焊电源的容量均可达几十千瓦，大功率电源甚至高达1000kW以上，并且为了适应各种不同焊件的需要，还要求焊机的功率能方便地进行调节。§10-2电阻焊设备1．电阻焊电源18（3）断续工作状态，无空载运行电阻焊通常是在焊件装配好后才接通电源的，电源一旦接通，变压器便在负载状态下运行，一般无空载运行的情况发生。其他工序（如装卸、夹紧等）一般不需接通电源，因此变压器处于断续工作状态。§10-2电阻焊设备1．电阻焊电源19电极用于导电与加压，并决定主要散热量，所以，电极材料、形状、工作端面尺寸和冷却条件对焊接质量及生产效率都有很大影响。标准电极（即直电极）有五种形式，如图所示。§10-2电阻焊设备2．电阻焊电极标准电极的形式a）锥形电极b）夹头电极c）球形电极d）偏心电极e）平面电极1—端部2—主体3—尾部4—冷却水孔20二、点焊机和对焊机固定式点焊机的结构和外形如图所示，它由机座、加压机构、焊接回路、电极、传动机构、开关与调节装置等组成。其中主要部分是加压机构、焊接回路和控制装置。§10-2电阻焊设备1．点焊机固定式点焊机a）结构图b）外形图1—电源2—加压机构3—电极4—焊接回路5—机座6—传动与减速机构7—开关与调节装置21（1）加压机构电阻焊在焊接中需要对工件进行加压，所以加压机构是点焊机的重要组成部分。（2）焊接回路焊接回路是指除焊件之外参与焊接电流导通的全部零件所组成的导电通路，它由变压器、电极夹、电极、机臂、导电盖板、母线和导电铜排等组成。§10-2电阻焊设备1．点焊机22（3）控制装置控制装置是由开关和同步控制两部分组成的。§10-2电阻焊设备1．点焊机23对焊机的结构和外形如图所示。它由机架、焊接变压器、活动电极、固定电极、送给机构、夹紧机构等部分组成。§10-2电阻焊设备2．对焊机对焊机a）结构图b）外形图1—固定夹具2—电极与夹紧机构3—活动夹具4—导轨5—送给机构6—调节闸刀7—机架8—电源进线24（1）机架机架一般由型材焊接而成，其内部装有焊接变压器、气路系统、水路系统和控制系统。（2）焊接回路对焊机的焊接回路一般包括电极、导电平板、二次软线及变压器二次线圈。§10-2电阻焊设备2．对焊机25（3）电极与夹紧机构电极位于夹紧机构之中。焊件置于上、下电极之间，通过手柄转动螺杆压紧。（4）送给机构送给机构的作用是使焊件同夹具一起沿导轨移动，并提供必要的顶锻力，动作应平稳、无冲击。§10-2电阻焊设备2．对焊机26三、缝焊机和凸焊机缝焊、凸焊与点焊相似，仅是电极不同，凸焊多采用平面电极，而缝焊则以旋转的滚盘代替点焊时的圆柱形电极。缝焊机和凸焊机的外形如图所示。§10-2电阻焊设备缝焊机和凸焊机的外形a）缝焊机b）凸焊机27一、点焊工艺§10-3电阻焊工艺二、对焊工艺三、缝焊工艺28一、点焊工艺点焊的焊接循环有四个基本阶段，如图所示。§10-3电阻焊工艺1．点焊焊接循环点焊的焊接循环a）预压阶段b）焊接阶段c）结晶阶段d）休止阶段e）结构图1—电极2—工件3—熔核29（1）预压阶段——电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。（2）焊接阶段——焊接电流通过工件，产生热量，形成熔核。（3）结晶阶段——切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核冷却结晶，此阶段也称为锻压阶段。（4）休止阶段——电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。§10-3电阻焊工艺1．点焊焊接循环30点焊接头形式有搭接接头和卷边接头，如图所示。§10-3电阻焊工艺2．点焊接头形式接头形式a）搭接接头b）卷边接头e—焊点间距b—边距31（1）边距与搭接宽度边距是指焊点到焊件边缘的距离。（2）焊点间距焊点间距是为避免点焊产生的分流影响焊点质量而规定的数值。焊搭接宽度及焊点间距最小值见表。§10-3电阻焊工艺2．点焊接头形式点焊搭接宽度及焊点间距最小值32（3）装配间隙接头的装配间隙应尽可能小，因为靠压力消除间隙将消耗一部分压力，使实际的压力降低。生产中还会遇到圆棒与圆棒、圆棒与板材的点焊，其点焊的接头形式如图所示。§10-3电阻焊工艺2．点焊接头形式圆棒与圆棒及圆棒与板材的点焊a）圆棒与圆棒的点焊b）圆棒与板材的点焊33焊点尺寸包括熔核直径（d）、熔深（h）和压痕深度（C），如图所示。§10-3电阻焊工艺3．焊点尺寸焊点尺寸d—熔核直径δ—焊件厚度C—压痕深度h—熔深34（1）熔核偏移产生的原因熔核偏移是指不等厚度、不同材料点焊时，熔核不对称于交界面而向厚板或导电、导热性差的一边偏移的现象。如图所示，图中ρ为电阻率。§10-3电阻焊工艺4．熔核偏移及其防止方法不等厚度、不同材料点焊时的熔核偏移a）不等厚度（δ1<δ2）b）不同材料（ρ1<ρ2）35（2）防止熔核偏移的方法防止熔核偏移的原则：增加薄板或导电、导热性好的工件的产热量，还要加强厚板或导电、导热性差的工件的散热。常用的方法如下：1）采用强规范。2）采用不同接触表面直径的电极。3）采用不同的电极材料。4）采用工艺垫片。§10-3电阻焊工艺4．熔核偏移及其防止方法36（1）焊接电流焊接电流是决定产热大小的关键因素，将直接影响熔核直径与焊透率，必然影响到焊点的强度。（2）焊接时间焊接时间对产热与散热均产生一定的影响，在焊接时间内，焊接区产出的热量除部分散失外，将逐步积累，用来加热焊接区，使熔核扩大到所要求的尺寸。§10-3电阻焊工艺5．点焊焊接参数37（3）电极压力电极压力大小将影响焊接区的加热程度和塑性变形程度。随着电极压力的增大，则接触电阻减小，使电流密度降低，从而减慢加热速度，导致焊点熔核直径减小。（4）电极端部形状与尺寸根据焊件结构形式、焊件厚度及表面质量要求等参数的不同，应使用不同形状的电极。§10-3电阻焊工艺5．点焊焊接参数38低碳钢点焊焊接参数见表。§10-3电阻焊工艺5．点焊焊接参数低碳钢点焊焊接参数39二、对焊工艺闪光对焊的焊件准备包括端面几何形状、毛坯端头的加工和表面清理。进行闪光对焊时，两工件对接面的几何形状和尺寸应基本一致（见图）；否则，将不能保证两工件的加热和塑性变形一致，从而影响接头质量。§10-3电阻焊工艺1．焊件准备闪光对焊的接头形式a）合理b）不合理40（1）闪光阶段在焊件两端面接触时，许多小触点通过大的电流密度而熔化形成液态金属过梁。（2）顶锻阶段闪光阶段结束时，立即对工件施加足够的顶锻压力，过梁爆破被停止，进入顶锻阶段。§10-3电阻焊工艺2．闪光对焊过程41（1）伸出长度伸出长度影响沿工件轴向的温度分布和接头的塑性变形。一般情况下，棒材和厚壁管材伸出长度为（0.7～1.0）d，d为圆棒料的直径或方棒料的边长。对于薄板（δ=1～4mm），为了顶锻时不失稳，伸出长度一般取（4～5）δ，如图所示。§10-3电阻焊工艺3．闪光对焊焊接参数闪光对焊伸出长度和闪光对焊留量的分配Δ—焊件上总留量Δf—闪光留量Δ′—有电顶锻留量Δ″—无电顶锻留量l0—伸出长度42（2）闪光电流和顶锻电流闪光电流取决于工件截面积和闪光所需要的电流密度，电流密度的大小又与被焊金属的物理性能、闪光速度、工件截面积和形状以及端面的加热状态有关。在闪光过程中，随着闪光速度的逐渐提高和接触电阻Rc的逐渐减小，电流密度将增大。§10-3电阻焊工艺3．闪光对焊焊接参数43（3）闪光留量选择闪光留量时，应满足在闪光结束时整个工件端面有一熔化金属层，同时在一定深度上达到塑性变形温度。（4）闪光速度足够大的闪光速度才能保证闪光强烈和稳定，但闪光速度过大会使加热区过窄，增加塑性变形的难度。§10-3电阻焊工艺3．闪光对焊焊接参数44（5）顶锻留量顶锻留量影响液态金属的排出和塑性变形的大小。（6）顶锻速度为避免接口区因金属冷却而造成液态金属排出及塑性变形的困难，以及防止端面金属氧化，顶锻速度越快越好。（7）顶锻压力顶锻压力通常以单位面积的压力，即顶锻压强来表示。§10-3电阻焊工艺3．闪光对焊焊接参数