電阻焊(resistance welding)是將被焊工件壓緊于兩電極之間,并施以電流,利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài),使之形成金屬結(jié)合的一種方法。
電阻焊方法主要有四種,即點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、對(duì)焊,(見(jiàn)圖)
電阻焊的種類(lèi)很多,常用的有點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊和凸焊三種。
一、點(diǎn)焊
點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭,并壓緊在兩柱狀電極之間,利用電阻熱熔化母材金屬,形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。點(diǎn)焊主要用于薄板焊接。
點(diǎn)焊的工藝過(guò)程:
1、預(yù)壓,保證工件接觸良好。
2、通電,使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。
3、斷電鍛壓,使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶,形成組織致密、無(wú)縮孔、裂紋的焊點(diǎn)。
二、縫焊
縫焊的過(guò)程與點(diǎn)焊相似,只是以旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)狀滾輪電極代替柱狀電極,將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^,并置于兩滾輪電極之間,滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng),連續(xù)或斷續(xù)送電,形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。
縫焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu),板厚一般在3mm以下。
三、對(duì)焊
對(duì)焊是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法。
四、凸焊
凸焊是點(diǎn)焊的一種變型形式;在一個(gè)工件上有預(yù)制的凸點(diǎn),凸焊i時(shí),一次可在接頭處形成一個(gè)或多個(gè)熔核。
1、電阻對(duì)焊
電阻對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭,使其端面緊密接觸,利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài),然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法,
電阻對(duì)焊主要用于截面簡(jiǎn)單、直徑或邊長(zhǎng)小于20mm和強(qiáng)度要求不太高的焊件。
2、閃光對(duì)焊
閃光對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭,接通電源,使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸,利用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn),在大電流作用下,產(chǎn)生閃光,使端面金屬熔化,直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí),斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。
閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好,焊縫力學(xué)性能與母材相當(dāng),而且焊前不需要清理接頭的預(yù)焊表面。閃光對(duì)焊常用于重要焊件的焊接。可焊同種金屬,也可焊異種金屬;可焊0.01mm的金屬絲,也可焊20000mm的金屬棒和型材。
電阻焊接的品質(zhì)是由以下4個(gè)要素決定的:
1.電流,2.通電時(shí)間,3.加壓力,4.電阻頂端直徑
1、熔核形成時(shí),始終被塑性環(huán)包圍,熔化金屬與空氣隔絕,冶金過(guò)程簡(jiǎn)單。
2、加熱時(shí)間短,熱量集中,故熱影響區(qū)小,變形與應(yīng)力也小,通常在焊后不必安排校正和熱處理工序。
3、不需要焊絲、焊條等填充金屬,以及氧、乙炔、氫等焊接材料,焊接成本低。
4、操作簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化,改善了勞動(dòng)條件。
5、生產(chǎn)率高,且無(wú)噪聲及有害氣體,在大批量生產(chǎn)中,可以和其他制造工序一起編到組裝線上。但閃光對(duì)焊因有火花噴濺,需要隔離。
1、目前還缺乏可靠的無(wú)損檢測(cè)方法,焊接質(zhì)量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗(yàn)來(lái)檢查,以及靠各種監(jiān)控技術(shù)來(lái)保證。
2、點(diǎn)、縫焊的搭接接頭不僅增加了構(gòu)件的重量,且因在兩板焊接熔核周?chē)纬蓨A角,致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均較低。
(3)設(shè)備功率大,機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高,使設(shè)備成本較高、維修較困難,并且常用的大功率單相交流焊機(jī)不利于電網(wǎng)的平衡運(yùn)行。
隨著航空航天、電子、汽車(chē)、家用電器等工業(yè)的發(fā)展、電阻焊越加受到廣泛的重視。同時(shí),對(duì)電阻焊的質(zhì)量也提出了更高的要求。可喜的是,我國(guó)微電子技術(shù)的發(fā)展和大功率可控硅、整流器的開(kāi)發(fā),給電阻焊技術(shù)的提高提供了條件。目前我國(guó)已生產(chǎn)了性能優(yōu)良的次級(jí)整流焊機(jī)。由集成電路和微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制箱已用于新焊機(jī)的配套和老焊機(jī)的改造。恒流、動(dòng)態(tài)電阻,熱膨脹等先進(jìn)的閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)已開(kāi)始在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。這一切都將有利于提高電阻焊質(zhì)量,并擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
焊接熱的產(chǎn)生及影響產(chǎn)熱的因素點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定:
Q =I″Rt (6-1)
式中Q——產(chǎn)生的熱量(J)
I″——焊接電流(A)的平方
R——電極間電阻(Ω)
t——焊接時(shí)間(s)
1.電阻R及影響R的因素式(6-1)中的電極間電阻包括工件本身電阻R。,兩工件間接觸電阻R},電極與工作間接觸電
阻R
點(diǎn)焊時(shí)的電阻
R =2Rw,-l-Rc-I-2Rm (6-2)分布和電流線
當(dāng)工件和電極已定時(shí),工件的電阻取決于它的電阻率。因此,電阻率是被焊材料的重要性能。電阻率高的金屬其導(dǎo)熱性差(如不銹鋼),電阻率低的金屬其導(dǎo)熱性好(如鋁合金)。因此,點(diǎn)焊不銹鋼時(shí)產(chǎn)熱易而散熱難,點(diǎn)焊鋁合金時(shí)產(chǎn)熱難而散熱易。點(diǎn)焊時(shí),前者可以用較小電流(幾千安培),后者就必須用很大電流(幾萬(wàn)安培)。
1.焊接電流的影響
從公式(1)可見(jiàn),電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大。因此,在點(diǎn)焊過(guò)程中,它是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。引起電流變化的主要原因是電網(wǎng)電壓波動(dòng)和交流焊機(jī)次級(jí)回路阻抗變化。阻抗變化是因回路的幾何形狀變化或因在次級(jí)回路中引入了不同量的磁性金屬。對(duì)于直流焊機(jī),次級(jí)回路阻抗變化,對(duì)電流無(wú)明顯影響。
除焊接電流總量外,電流密度也對(duì)加熱有顯著影響。通過(guò)已焊成焊點(diǎn)的分流,以及增大電極接觸面積或凸焊時(shí)的凸點(diǎn)尺寸,都會(huì)降低電流密度和焊熱接熱,從而使接頭強(qiáng)度顯著下降。
2.焊接時(shí)間的影響
為了保證熔核尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度,焊接時(shí)間與焊接電流在一定范圍內(nèi)可以互為補(bǔ)充。為了獲得一定強(qiáng)度的焊點(diǎn),可以采用大電流和短時(shí)間(強(qiáng)條件,又稱(chēng)強(qiáng)規(guī)范),也可以采用小電流和長(zhǎng)時(shí)間(弱條件,又稱(chēng)弱規(guī)范)。選用強(qiáng)條件還是弱條件,則取決于金屬的性能、厚度和所用焊機(jī)的功率。但對(duì)于不同性能和厚度的金屬所需的電流和時(shí)間,都仍有一個(gè)上、下限,超過(guò)此限,將無(wú)法形成合格的熔核。
3.電極壓力的影響
電極壓力對(duì)兩電極間總電阻R有顯著影響,隨著電極壓力的增大,R顯著減小。此時(shí)焊接電流雖略有增大,但不能影響因R減小而引起的產(chǎn)熱的減少。因此,焊點(diǎn)強(qiáng)度總是隨著電極壓力的增大而降低。在增大電極壓力的同時(shí),增大焊接電流或延長(zhǎng)焊接時(shí)間,以彌補(bǔ)電阻減小的影響,可以保持焊點(diǎn)強(qiáng)度不變。采用這種焊接條件有利于提高焊點(diǎn)強(qiáng)度的穩(wěn)定性。電極壓力過(guò)小,將引起飛濺,也會(huì)使焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。
4.電極形狀及材料性能的影響
由于電極的接觸面積決定著電流密度,電極材料的電阻率和導(dǎo)熱性關(guān)系著熱量的產(chǎn)生和散失,因而電極的形狀和材料對(duì)熔核
的形成有顯著影響。隨著電極端頭的變形和磨損,接觸面積將增大,焊點(diǎn)強(qiáng)度將降低。
5.工件表面狀況的影響
工件表面上的氧化物、污垢、油和其他雜質(zhì)增大了接觸電阻。過(guò)厚的氧化物層甚至?xí)闺娏鞑荒芡ㄟ^(guò)。局部的導(dǎo)通,由于電流密度過(guò)大,則會(huì)產(chǎn)生飛濺和表面燒損。氧化物層的不均勻性還會(huì)影響各個(gè)焊點(diǎn)加熱的不一致,引起焊接質(zhì)量的波動(dòng)。因此,徹底清理工件表面是保證獲得優(yōu)質(zhì)接頭的必要條件。
1.點(diǎn)焊機(jī)
點(diǎn)焊機(jī)是由機(jī)座,加壓機(jī)構(gòu),焊接回路,電極,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和開(kāi)關(guān)及調(diào)節(jié)裝置組成,其中主要部分是加壓機(jī)構(gòu),焊接回路和控制裝置。
加壓機(jī)構(gòu) 是電阻焊在焊接是負(fù)責(zé)加壓的機(jī)構(gòu)。
焊接回路 焊接回路是指除焊接之外參與焊接電流導(dǎo)通的全部零件所組成的導(dǎo)電通路。
控制裝置 控制裝置是由開(kāi)關(guān)和同步控制兩部分組成,在點(diǎn)焊中開(kāi)關(guān)的作用是控制電流的通斷,同步控制的作用是調(diào)節(jié)焊接電流的大小,精確控制焊接程序,當(dāng)網(wǎng)路電壓有波動(dòng)時(shí),能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。
2 對(duì)焊機(jī)
對(duì)焊機(jī)是由機(jī)架,導(dǎo)軌,固定座板和動(dòng)板,送進(jìn)機(jī)構(gòu),夾緊機(jī)構(gòu),支點(diǎn)(頂座),變壓器,控制系統(tǒng)幾部分組成。
其主要部分是,機(jī)架和導(dǎo)軌,送進(jìn)機(jī)構(gòu),夾緊機(jī)構(gòu)。
機(jī)架和導(dǎo)軌 機(jī)架上固定著對(duì)焊機(jī)的全部基本部件。導(dǎo)軌用來(lái)保證動(dòng)板可靠的移動(dòng),以便送進(jìn)焊件。
送進(jìn)機(jī)構(gòu) 送進(jìn)機(jī)構(gòu)的作用是使焊件同動(dòng)板一起移動(dòng),并保證有所需的頂鍛力。
夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu)由兩個(gè)夾具構(gòu)成,一個(gè)是固定的,稱(chēng)為固定夾具,另一個(gè)是可移動(dòng)的,稱(chēng)為動(dòng)夾具。固定夾具直接安裝在機(jī)架上,動(dòng)夾具安裝在動(dòng)板上,可隨動(dòng)板左右移動(dòng)。
電阻焊電源
電阻焊常采用工頻變壓器作為電源,電阻焊變壓器的外特性采用下降的外特性,與常用變壓器及弧焊變壓器相比,電阻焊變壓器有以下特點(diǎn)。
(1) 電流大 電壓低
常用的電流是2~40KA,在鋁合金點(diǎn)焊或鋼軌對(duì)焊時(shí)甚至可以達(dá)到150~200KA,由于焊件焊接回路電阻通常只有若干微歐,所以電源電壓低,固定式焊機(jī)通常在10V以?xún)?nèi),懸掛式點(diǎn)焊機(jī)才可達(dá)到24V。
(2)功率大 可調(diào)節(jié)
由于焊接電流很大,雖然電壓不高,旱機(jī)仍可達(dá)到比較大的功率,大功率電源甚至高達(dá)1000KW以上,為了適應(yīng)各種不同焊件的需要,還要求焊機(jī)的功率應(yīng)能方便調(diào)節(jié)。
(3)斷續(xù)工作狀態(tài) 無(wú)空載運(yùn)行
電阻焊通常在焊件裝配好之后才接通電源的,電源一旦接通,變壓器就在負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行,一般無(wú)空載運(yùn)行的情況發(fā)生,其他工序,如裝載,夾緊等,一般不需要接通電源,因此變壓器處于斷續(xù)工作狀態(tài)