第二章电阻焊——1点焊

2.1.3电阻焊的影响因素
5、点焊时的热平衡 热时间常数τ 自开始加热至达到热平衡需一定时间，这段时间的长 短与材料的热物理性和厚度有关。在一维热传导模式 下，不考虑电阻率等物理常数随温度的变化而变化的 情况下，推导出热时间常数的公式为：
2.1.3电阻焊的影响因素 5、点焊时的热平衡
由上式可知，板厚越大，材料的热扩散率越差，达 到平衡温度所需时间越长。例如板厚为1mm的低碳钢， τ为0.029s，等厚的不锈钢及铝合金则τ分别为 0.107s及0.008s，当板厚为0.2mm时，则其τ分别为 0.001s，0.004s及0.003s。
2.1.3电阻焊的影响因素
2、电流对点焊加热区的影响
点焊时的电流场特 征，使其加热为一不 均匀热过程，焊接区 内各点温度不同，即 产生一不均匀的温度 场。
2.1.3电阻焊的影响因素 2、电流对点焊加热区的影响
了解电流场特征，并进而掌握其调整方法就能 较准确的分析、控制熔核的形状及位置，改善焊 核周围组织的加热状态，提高接头质量。
2.1.3电阻焊的影响因素
电阻对点焊加热区的影响 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响
2.1.3电阻焊的影响因素
电阻对点焊加热区的影响 （2）板件内部电阻Rw对点焊加热区的影响 内部电阻2Rw的析热量约占内部热源Q的90~95％， 是形成熔核的热量基础。同时，内部电阻2Rw与其上所 形成的电流场，共同影响点焊时的加热特点及焊接温 度场的形态和变化规律。
2
电阻焊又称接触焊，属压焊范畴，是 目前国内外应用最广的焊接方法之一，已 广泛地应用在航空、航天、汽车、锅炉、 地铁车辆、无线电器件……等工业领域。
焊接结构在喷气发动机零件总数所占比例已经超过50%， 前苏联20 世纪60年代研制的米格-25机体结构的80%是焊接，焊点达到140万个。
俄罗斯凭借其高水平的焊接技术、系统的焊接结构研究成果，在飞 机制造中大量采用焊接技术。
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
图 常用的点焊方法 a)双面单点焊 b)单面双点焊 c)单面单点焊 d)双面双点焊 e)多点焊
1—电极 2—焊件 3—铜垫板
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
2.缝焊 缝焊与点焊相似,也是搭接形式。 3.对焊 对焊是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。
4.凸焊
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
图7-6 凸焊接头特点
2.1.4电阻焊的分类及技术特点 电阻焊的分类
搭接
对接
2.1.4电阻焊的分类及技术特点 2、电阻焊的分类
2.1.4电阻焊的分类及技术特点 2、电阻焊的分类
双面单点焊 单面双点焊
单面多点焊
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
2、电阻焊的分类
2.1.3电阻焊的影响因素 6、电阻点焊焊点的形成
2.1.4电阻焊的分类及技术特点 2.1.4电阻焊的分类及技术特点
电阻焊的分类方法很多,一般可根据接头形式 和工艺方法、电流以及电源能量种类来划分, 具体分类方法如图所示。
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
点焊
按 搭接
凸焊
接 头
缝焊
方
电 式 对接 阻
第二章 电阻焊
机械与控制工程学院
目录
2.1电阻焊基本原理
2.1.1电阻焊的产热
2.1.2电阻焊焊接过程
2.1.3电阻焊的影响因素
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
2.2点焊
2.2.1点焊循环过程
2.2.2点焊方法
2.2.3点焊电机
2.2.4点焊接头形式
2.2.4常用材料的点焊
点焊加热区 接头形貌的变化
2.1.3电阻焊的影响因素
2、电流对点焊加热区的影响
点焊时，电流线在 两焊件的贴合面处要 产生集中收缩，其结 果就使贴介面处产生 了集中加热效果，而 该处正是点焊时所需 要连接的部位。
2.1.3电阻焊的影响因素 2、电流对点焊加热区的影响
贴合面的边缘电流密度 j出现峰值，有利于塑 性环的产生。
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
4)操作简便,易于实现机械化、自动化。 5)改善劳动条件,电阻焊所产生的烟尘、有害气体少。 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。 7)电阻焊机大多工作场所固定,不如焊条电弧焊等灵活、方便。
2.1.3电阻焊的影响因素
板件内部电阻Rw：
L = 2a S = π(d0/2)2
2.1.3电阻焊的影响因素 板件内部电阻Rw：
2.1.3电阻焊的影响因素
板件内部电阻Rw： Rw= ρ( T ) δ( T ) S( T )
ρ为被焊材料的电阻率； δ为被焊材料的厚度； S为被焊材料的导电截面积； T为被焊工件焊接区温度
2、电流对点焊加热区的影响
其二，焊接电流在内部电阻2Rw上所形成的电流 场分布特征，将使焊接区各处加热强度不均匀，从 而影响点焊的加热过程。
2.1.3电阻焊的影响因素 2、电流对点焊加热区的影响
2.1.3电阻焊的影响因素 2、电流对点焊加热区的影响
点焊加热区接头形貌的变化
2.1.3电阻焊的影响因素 2、电流对点焊加热区的影响
2.1.3电阻焊的影响因素 板件焊接区总电阻R
R = 2Rw+ Rc + 2Rew
2.1.3电阻焊的影响因素
电阻对点焊加热区的影响 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响 Rc和Rw对焊接区温度场的建立所起的作用历来就 有不同的观点。
2.1.3电阻焊的影响因素
电阻对点焊加热区的影响 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响 在焊接开始时，Rc大于Rw，这时Rc可以促进尽快 建立初步的温度场，使接触点迅速增多，面积扩大， 电流场分布均匀化。 在电阻焊过程中（闪光对焊工艺除外），接触电 阻随着温度的升高很快消失。用一般规范点焊时，接 触电阻产生的热量与总热量之比不大于10%，占焊核 形成所需热量的比例不大。
对焊
滚对焊
焊按
焊 接 电 流
工频电流 电容储能 次级整流 低频电流
单点焊 双点焊 多点焊 电阻对焊 闪光对焊
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
图 主要电阻焊方法 a)点焊 b)缝焊 c)凸焊 d)对焊
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
1.点焊
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,利用两焊件接触电阻较大,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。
2.2.1点焊循环过程
2.2.1点焊循环过程
点焊焊接循环 所有点焊循环基本上可分为预压、加热熔化、
冷却结晶，休止四个阶段。 （1）预压阶段
板件通电加热时，应该有一个符合要求的导 电通路。预压阶段的作用，就是使焊件的焊接处 有良好的接触，为焊接电流顺利通过及表面原子 的健合做好必要准备。
2.1.3电阻焊的影响因素
板件间接触电阻Rc： 为什么会产生板件间接触电阻？
2.1.3电阻焊的影响因素
板件间接触电阻Rc： 板件间的凸凹不平
2.1.3电阻焊的影响因素
板件间接触电阻Rc： 板件表面的氧化物等
2.1.3电阻焊的影响因素
板件间接触电阻Rc：
影响接触电阻（包括Rc和Rew）的主要因素为电极 压力、表面状态及加热温度和材料本身的特性。
2.1.3电阻焊的影响因素
4、电极压力的影响
电极压力增大使得金 属的弹性与塑性变形增 加，对压平接触表面的 凹凸不平和破坏不良导 体膜均有利，其结果为 接触电阻减小。
2.1.3电阻焊的影响因素
当压力由增大变为重新减小 时，由于塑性变形使接触点 数目和接触面积不可能再恢 复原状，此时的接触电阻将 低于原压力作用下的数值而 呈“滞后”现象。同时，材 质软的焊件其接触电阻的减 小和“滞后”更为显著．
2.1.3电阻焊的影响因素
电阻对加热区的影响 （1）接触电阻Rc对点焊加热区的影响
由于点焊、缝焊时，焊接回路的电压很低，零件表 面上氧化膜、锈皮或油漆、污物以及吸附的气体层 等皆为不良导体。通电初期，板件表面电流分布很 不均匀，突然增大，加热极不均衡，甚至造成板件 烧伤、飞溅，降低了焊件的焊接质量。
2.1.3电阻焊的影响因素
2、电流对点焊加热区的影响 焊接电流是产生内部热源——电阻热的外部条件，
它通过二个途径对点焊的加热过程施加影响。 其一，调节焊接电流有效值的大小会使内部热源
的析热量发生变化，影响加热过程；
t
Q = ∫0 i2( t )R( t )dt 焊接强规范、弱规范
2.1.3电阻焊的影响因素
电阻焊有如下两个最显著的特点 1．采用内部热源——利用电流通过焊接区的电阻
产生的热量进行加热； 2．必须施加压力——在压力作用下通电加热、冷却
形成接头。
2.1.2电阻焊焊接过程
进行电阻焊时，一个完整的焊接循环过程一般包括以下几个方面：
1、预压阶段——电极开始接触工件，接头未通电之前，电极施加 给工件一定的压力，确保电极压紧工件，有适当压力，确保电阻在 合理范围内； 2、焊接阶段——利用电极给工件通电，焊接区域产热形成熔核； 3、维持阶段——切断焊接电流，电极压力继续维持，直至熔核 凝固到足够强度； 4、休止阶段——电极断面离开被焊工件到电极再次开始压紧下 一个工件，开始下一个焊接循环的阶段。
70年代初研制出的苏-27飞机极具代表性，焊接技术的应用几乎遍及 全机，除了常规的TIG焊用于飞机导管、某些铝合金构件：点焊用于蒙皮、 组合梁、框等零件的高强铝合金构件焊外，广泛采用焊接新技术。
第1节 电阻焊基本原理
何谓电阻焊 ？
将准备连接的工件置于两电极之间加压，并 对焊接处通以电流，利用工件电阻产生的热量加 热并形成局部熔化(或达塑性状态)，断电后在压 力继续作用下，形成牢固接头，这种工艺过程即 称为电阻焊（或接触焊）。
2.1.3电阻焊的影响因素
1、焊接区电阻 由于在电阻焊过程中，焊接电流和焊接区 电阻并非保持不变，因此焊接热源总 析出热量Q的确切表达式为：
Q = ∫0 i2( t )R( t )dt 式中：i( t )通过焊件焊接区的瞬时电流值(安培)；
R( t )两电极间的总电阻(欧姆)，是时间的函数
2.1.3电阻焊的影响因素
对焊
பைடு நூலகம்、电阻焊的分类
2.1.4电阻焊的分类及技术特点 缝对焊
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
电阻焊特点：
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, 易于获得质量较好的焊接接头。 2)电阻焊焊接速度快,特别对点焊来说,甚至1s可焊接4~5个焊点, 故生产率高。 3)除消耗电能外,电阻焊不需消耗焊条、焊丝、乙炔、焊剂等, 可节省焊接材料,因此成本较低。
2.1.4电阻焊的分类及技术特点
8)点焊、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量,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无损检验方法,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。
第2节 点焊
2.2.1点焊循环过程
图1-１ 电阻点焊原理 １—阻焊变压器 2—电极 3—焊件 4—熔核
2.1.1电阻焊的产热 1、电阻焊的加热
2.1.1电阻焊的产热 1、电阻焊的加热
2.1.1电阻焊的产热
2.1.1电阻焊的产热
电阻焊的加热
根据焦耳定律，焊接区的总析热量: Q = I2Rt
式中：I 焊接电流的有效值； R 焊接区总电阻的平均值； t 通过焊接电流的总时间
2.1.1电阻焊的产热
2.1.3电阻焊的影响因素 5、工件表面状况的影响
2.1.3电阻焊的影响因素
5、点焊时的热平衡
点焊时，焊接区析出的热量Q并不能全部用来熔化母材金属，其 中大部分将因向邻近物质的热传导、辐射而损失掉。其热平衡 方程式如下：
Q1 —熔化母材金属形成熔核的热量； Q2—由于散热而损失的热量； Q3—通过电极热传导损失的热量； Q4—通过焊件热传导损失的热量； Q5—通过对流、辐射散央到空气介质中的 热量。
点焊时电阻分布示意图 Rew— 电极与工件接阻电阻 Rw —工件本身电阻 Rc—工
件之间的接触电阻
2.1.3电阻焊的影响因素
点焊时导电通路上的总电阻R，由板件内部电阻Rw、板 件间接触电阻Rc、电极与板件间接触电阻Rew组成，即：
R = 2Rw+ Rc + 2Rew
2.1.3电阻焊的影响因素 板件内部电阻Rw：