-.z.點焊機原理焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱進行焊接的方法稱為電阻焊。電阻焊具有生產效率高、低成本、節省材料、易于自動化等特點，因此廣泛應用于航空、航天、能源、電子、汽車、輕工等各工業部門，是重要的焊接工藝之一。一、焊接熱的產出及影響因素點焊時產生的熱量由下式決定：Q=IIRt（J）————（1）式中：Q——產生的熱量（J）、I——焊接電流（A）、R——電極間電阻（歐姆）、t——焊接時間（s）1.電阻R及影響R的因素電極間電阻包括工件本身電阻Rw，兩工件間接觸電阻Rc，電極與工件間接觸電阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew——（2）如圖.當工件和電極一定時，工件的電阻取決與它的電阻率.因此，電阻率是被焊材料的重要性能.電阻率高的金屬其導電性差（如不銹鋼）電阻率低的金屬其導電性好（如鋁合金）。因此，點焊不銹鋼時產熱易而散熱難，點焊鋁合金時產熱難而散熱易.點焊時，前者可用較小電流（幾千安培），而后者就必須用很大電流（幾萬安培）。電阻率不僅取決與金屬種類，還與金屬的熱處理狀態、加工方式及溫度有關。接觸電阻存在的時間是短暫，一般存在于焊接初期，由兩方面原因形成：1）工件和電極表面有高電阻系數的氧化物或臟物質層，會使電流遭到較大阻礙。過厚的氧化物和臟物質層甚至會使電流不能導通。2）在表面十分潔凈的條件下，由于表面的微觀不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接觸點。在接觸點處形成電流線的收攏。由于電流通路的縮小而增加了接觸處的電阻。電極與工件間的電阻Rew與Rc和Rw相比，由于銅合金的電阻率和硬度一般比工件低，因此很小，對熔核形成的影響更小，我們較少考慮它的影響。2.焊接電流的影響從公式（1）可見，電流對產熱的影響比電阻和時間兩者都大。因此，在焊接過程中，它是一個必須嚴格控制的參數。引起電流變化的主要原因是電網電壓波動和交流焊機次級回路阻抗變化。阻抗變化是因為回路的幾何形狀變化或因在次級回路中引入不同量的磁性金屬。對于直流焊機，次級回路阻抗變化，對電流無明顯影響。3.焊接時間的影響為了保證熔核尺寸和焊點強度，焊接時間與焊接電流在一定*圍內可以相互補充。為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流和短時間（強條件，又稱硬規*），也可采用小電流和長時間（弱條件，也稱軟規*）。選用硬規*還是軟規*，取決于金屬的性能、厚度和所用焊機的功率。對于不同性能和厚度的金屬所需的電流和時間，都有一個上下限，使用時以此為準。4.電極壓力的影響電極壓力對兩電極間總電阻R有明顯的影響，隨著電極壓力的增大，R顯著減小，而焊接電流增大的幅度卻不大，不能影響因R減小引起的產熱減少。因此，焊點強度總隨著焊接壓力增大而減小。解決的辦法是在增大焊接壓力的同時，增大焊接電流。5.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熱性關系著熱量的產生和散失，因此，電極的形狀和材料對熔核的形成有顯著影響。隨著電極端頭的變形和磨損，接觸面積增大，焊點強度將降低。6.工件表面狀況的影響工件表面的氧化物、污垢、油和其他雜質增大了接觸電阻。過厚的氧化物層甚至會使電流不能通過。局部的導通，由于電流密度過大，則會產生飛濺和表面燒損。氧化物層的存在還會影響各個焊點加熱的不均勻性，引起焊接質量波動。因此徹底清理工件表面是保證獲得優質接頭的必要條件。二、熱平衡及散熱點焊時，產生的熱量只有一小部分用于形成焊點，較大部分因向臨近物質傳導或輻射而損失掉了，其熱平衡方程式：Q=Q1+Q2————（3）其中：Q1——形成熔核的熱量、Q2——損失的熱量有效熱量Q1取決與金屬的熱物理性能及熔化金屬量，而與所用的焊接條件無關。Q1=10%-30%Q，導熱性好的金屬（鋁、銅合金等）取下限；電阻率高、導熱性差的金屬（不銹鋼、高溫合金等）取上限。損失熱量Q2主要包括通過電極傳導的熱量（30%-50%Q）和通過工件傳導的熱量（20%Q左右）。輻射到大氣中的熱量5%左右。三、焊接循環點焊和凸焊的焊接循環由四個基本階段（如圖點焊過程）：1）預壓階段——電極下降到電流接通階段，確保電極壓緊工件，使工件間有適當壓力。2）焊接時間——焊接電流通過工件，產熱形成熔核。3）維持時間——切斷焊接電流，電極壓力繼續維持至熔核凝固到足夠強度。4）休止時間——電極開始提起到電極再次開始下降，開始下一個焊接循環。為了改善焊接接頭的性能，有時需要將下列各項中的一個或多個加于基本循環：1）加大預壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。2）用預熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺；凸焊時這樣做可以使多個凸點在通電焊接前與平板均勻接觸，以保證各點加熱的一致。3）加大鍛壓力以壓實熔核，防止產生裂紋或縮孔。4）用回火或緩冷脈沖消除合金鋼的淬火組織，提高接頭的力學性能，或在不加大鍛壓力的條件下，防止裂紋和縮孔。四、焊接電流的種類和適用*圍1.交流電可以通過調幅使電流緩升、緩降，以達到預熱和緩冷的目的，這對于鋁合金焊接十分有利。交流電還可以用于多脈沖點焊，即用于兩個或多個脈沖之間留有冷卻時間，以控制加熱速度。這種方法主要應用于厚鋼板的焊接。2.直流電主要用于需要大電流的場合，由于直流焊機大都三相電源供電，避免單相供電時三相負載不平衡。五、金屬電阻焊時的焊接性下列各項是評定電阻焊焊接性的主要指標：1.材料的導電性和導熱性電阻率小而熱導率大的金屬需用大功率焊機，其焊接性較差。2.材料的高溫強度高溫（0.5-0.7Tm）屈服強度大的金屬，點焊時容易產生飛濺，縮孔，裂紋等缺陷，需要使用大的電極壓力。必要時還需要斷電后施加大的鍛壓力，焊接性較差。3.材料的塑性溫度*圍塑性溫度*圍較窄的金屬（如鋁合金），對焊接工藝參數的波動非常敏感，要求使用能精確控制工藝參數的焊機，并要求電極的隨動性好。焊接性差。4.材料對熱循環的敏感性在焊接熱循環的影響下，有淬火傾向的金屬，易產生淬硬組織，冷裂紋；與易熔雜質易于形成低熔點的合金易產生熱裂紋；經冷卻作強化的金屬易產生軟化區。防止這些缺陷應該采取相應的工藝措施。因此，熱循環敏感性大的金屬焊接性也較差。（附表：常用金屬的熱物理性能）1．選擇點焊工藝的一般步驟通常是根據工件的材料和厚度，首先確定電極的端面形狀和尺寸。其次初步選定電極壓力和焊接時間，然后調節焊接電流，以不同的電流焊接試樣。經檢驗熔核直徑符合要求后，再在適當的*圍內調節電極壓力，焊接時間和電流，進行試樣的焊接和檢驗，直到焊點質量完全符合技術條件所規定的要求為止。2．優質焊點的標志是什么？最常用的檢驗試樣的方法是撕開法，在撕開試樣的一片上有圓孔，另一片上有圓凸臺。厚板或淬火材料有時不能撕開圓孔和凸臺，但可通過剪切的斷口判斷熔核的直徑。必要時，還需進行低倍測量、拉伸試驗和*光檢驗，以判斷熔焊率、抗剪強度和有無縮孔、裂紋等。3．不同厚度和不同材料的焊核的是怎樣形成？當進行不等厚度或不同材料點焊時，熔核將不對稱于其交界面，而是向厚度或導電、導熱性差的一邊偏移，偏移的結果將使薄件或導電、導熱性好的工件焊透率減小，焊點強度降低。熔核偏移是由兩工件產熱和散熱條件不同引起的。厚度不等時，厚度一邊電阻大、交界面離電極遠，故產熱多而散熱少，致使熔核偏向厚件；材料不同時，導電、導熱性差的材料產熱易而散熱難，故熔核也偏向這種材料。如右圖所示4．調整焊核偏移的原則：增加薄板或導電、導熱性好的工件的產熱而減少其散熱。調整焊核偏移常用的方法:a.采用強條件:使工件間接觸電阻產熱的影響增大，電極散熱的影響降低。電容儲能焊機采用大電流和短的通電時間就能焊接厚度比很大的工件就是明顯的例證。b.采用不同接觸表面直徑的電極:在薄件或導電、導熱性好的工件一側采用較小直徑，以增加這一側的電流密度、并減小電極散熱的影響。c.采用不同的電極材料:在薄件或導電、導熱性好的工件一側采用導熱性較差的銅合金，以減少這一側的熱損失。d.采用工藝墊片:在薄件或導電、導熱性好的工件一側墊一塊由導熱性較差的金屬制成的墊片（厚度為0.2~0.3mm）,以減少這一側的散熱.5．凸焊工藝的特點凸焊是點焊的一種變形，通常是在兩板件之一上沖出凸點，然后進行焊接。由于電流集中，克服點焊熔核偏離的缺點，凸焊時工件的厚度比可以達6：1。凸焊時，電極必須隨著凸點的被壓潰而迅速下降，否則會因失壓而產生飛濺因此應選用較大的電極壓力，為防止凸點移位，還應選用較小的焊接電流。凸焊的工藝參數a．電極壓力:凸焊的電極壓力取決于被焊金屬的性能，凸點的尺寸和一次焊成的凸點數量等。電極壓力應足以在凸點達到焊接溫度時將其完成壓潰，并使兩工件緊密貼合。電極壓力過大會過早的壓潰凸點，失去凸點的作用，同時因電流密度見效而降低接頭強度。壓力過小又會引起嚴重飛濺，因此凸焊機的隨動性越高越好，提高隨動性的方法主要是減小加壓系統可動部分的質量，以及在導向部分采用滾動摩擦。b．焊接時間：對于給定的工件材料和厚度，焊接時間由焊接電流和凸點剛度決定。在凸焊低碳鋼和低合金鋼時，與電極壓力和焊接電流相比，焊接時間是次要的。在確定合適的電極壓力和焊接電流后，在調節焊接時間，以獲得滿意的焊點。如想縮短焊接時間，就要相應增大焊接電流，但過分增大焊接電流可能引起金屬過熱和飛濺，通常凸焊的焊接時間比點焊長，而電流比點焊小。多點凸焊的焊接時間稍長于單點凸焊，以減少因高度不一致而引起各點加熱的c．焊接電流：凸焊每一焊點所需電流比點焊同樣一個焊點時小。但在凸點完全壓潰之前電流必須能使凸點熔化。推薦的電流應該是在采用合適的電極壓力下不至于擠出過多金屬的最大電流。對于一定凸點尺寸，擠出的金屬量隨電流的增加而增加。采用遞增的調幅電流可以減小擠出金屬。和點焊一樣，被焊金屬的性能和厚度仍然是選擇焊接電流的主要依據。d.多點凸焊時，總的焊接電流大約為每個凸點所需電流乘以凸點數。但考慮到凸點的公差、工件形狀，以及焊機次極回路的阻抗等因素，可能需要做一些調整。凸點位置，凸焊時還應做到被焊兩板間的熱平衡，否則，在平板未達到焊接溫度以前凸點便已熔化。焊接異種金屬時，應將凸點沖在電阻率較高的工件上。但當在厚板上沖出凸點有困難時，也可在薄板上沖凸點。電極也影響兩工件上的熱平衡，在焊接厚度小于0.5mm的薄板時,為了減少平板一側的散熱,常用鎢-銅燒結材料或鎢做電極的嵌塊．6．儲能焊接和交流焊接的區別貼聚氯乙烯塑料面鋼板的凸焊法1.用這種方法焊接，在焊接鋼板時，鋼板上的塑料薄膜不用剝離就能直接焊接．2.通電方法：貼聚氯乙烯塑料面鋼板的凸焊，是以單面單點或單面雙點方式進行凸焊的應用實例之一。因為絕緣性的聚氯乙烯塑料貼滿鋼板表面，故不能采用普通的雙面點焊，而采用單面單點或單面雙點方式進行凸焊。一般采用圖如上圖所示的通電方法，因為無分流，采用單面雙點方式最有效果。當貼聚氯乙烯塑料面鋼板彼此之間進行焊接時，必須除去一部分聚氯乙烯塑料之后再沖出凸點。1.凸點的形狀：凸點形狀必須采用下圖形狀，即將凸點分成兩段：h段和H段。由于增高了H段部分，焊接接頭以外的區域就不易接觸。當焊接之后，緊接著提高電極壓力，壓潰H段部分，因而不會產生板間間隙。2.焊接方法為了不壓壞凸點，開始加以低的電極壓力，在通電后，緊接著要提高電極壓力，這就要求電極的要有極高的隨動性能。點焊方法和工藝一、點焊方法分類對焊件饋電進行電焊時，應遵循下列原則：①盡量縮短二次回路長度及減小回路所包含的空間面積，以節省能耗；②盡量減少伸入二次回路的鐵磁體體積，特別是避免在焊接不同焊點時伸入體積有較大的變化，以減小焊接電流的波動，保證各點質量衡定（在使用工頻交流時）。1.雙面單點焊所有的通用焊機均采用這個方案。從焊件兩側饋電，適用于小型零件和大型零件周邊各焊點的焊接。2.單面單點焊當零件的一側電極可達性很差或零件較大、二次回路過長時，可采用這個方案。從焊件單側饋電，需考慮另一側加銅墊以減小分流并作為反作用力支點（圖1d）。圖1c為一個特例。3.單面雙點焊從一側饋電時盡可能同時焊兩點以提高生產率。單面饋電往往存在無效分流現象（圖1f及g），浪費電能，當點距過小時將無法焊接。在*些場合，如設計允許，在上板二點之間沖一窄長缺口（圖1f）可使分流電流大幅下降。4.雙面雙點焊圖1b及j為雙面雙點的方案示意。圖2-12b方案雖可在通用焊機上實施，但兩點間電流難以均勻分配，較難保證兩點質量一致。而圖1j由于采用推挽式饋電方式，使分流和上下板不均勻加熱現象大為改善，而且焊點可布置在任意位置。其唯一不足之處是須制作二個變壓器，分別置于焊件兩側，這種方案亦稱推挽式點焊。兩變壓器的通電需按極性進行。5.多點焊當零件上焊點數較多，大規模生產時，常采用多點焊方案以提高生產率。多點焊機均為專用設備，大部分采用單側饋電方式見圖1h、i，以i方式較靈活，二次回路不受焊件尺寸牽制，在要求較高的情況下，亦可采用推挽式點焊方案。目前一般采用一組變壓器同時焊二或四點（后者有二組二次回路）。一臺多點焊機可由多個變壓器組成。可采用同時加壓同時通電、同時加壓分組通電和分組加壓分組通電三種方案。可根據生產率、電網容量來選擇合適方案。二、點焊循環點焊過程由預壓、焊接、維持和休止四個基本程序組成焊接循環，必要時可增附加程序，其基本參數為電流和電極力隨時間變化的規律。1.預壓（F＞0，I=0）這個階段包括電極壓力的上升和恒定兩部分。為保證在通電時電極壓力恒定，預壓時間必須保證，尤其當需連續點焊時，須充分考慮焊機運動機構動作所需時間，不能無限縮短。預壓的目的是建立穩定的電流通道，以保證焊接過程獲得重復性好的電流密度。對厚板或剛度大的沖壓零件，有條件時可在此期間先加大預壓力，而后再回復到焊接時的電極力，使接觸電阻恒定而又不太小，以提高熱效率。2.焊接（F=Fω，I=Iω）這個階段是焊件加熱熔化形成熔核的階段。焊接電流可基本不變（指有效值），亦可為漸升或階躍上升。在此期間焊件焊接區的溫度分布經歷復雜的變化后趨向穩定。起初輸入熱量大于散失熱量，溫度上升，形成高溫塑性狀態的連接區，并使中心與大氣隔絕，保證隨后熔化的金屬不氧化，而后在中心部位首先出現熔化區。隨著加熱的進行熔化區擴大，而其外圍的塑性殼（在金相試片上呈環狀故稱塑性環）亦向外擴大，最后當輸入熱量與散失熱量平衡時達到穩定狀態。當焊接參數適當時，可獲得尺寸波動小于15%的熔化核心。在此期間可產生下列現象：⑴液態金屬的攪拌作用液態金屬通電時受電磁力作用產生漩渦狀流動，當把熔核視作地球狀且電極端處為二極，其運動方向為——赤道部分由周圍向球心流動而后流經兩極再沿外表向赤道呈封閉狀流動。對于同種金屬點焊，攪拌僅需將焊件表面的氧化膜攪碎即可，但異種金屬點焊時，必須充分攪拌以獲得均質的熔化核心。如通電時間太短，攪拌不充分將產生漩渦狀的非均質熔核。⑵飛濺飛濺按產生時期可分為前期和后期兩種；按產生部位可分為內飛濺（處于兩焊件間）和外飛濺（焊件與電極接觸側）兩種。前期飛濺產生的原因大致是：焊件表面清理不佳或接觸面上壓強分布嚴重不勻，造成局部電流密度過高引起早期熔化，此時因無塑性環保護必發生飛濺。防止前期飛濺的措施有：加強焊件清理質量，注意預壓前的對中。有條件時可采用漸升電流或增加預熱電流來減慢加熱速度，避免早期熔化而引起飛濺。后期飛濺產生的原因是：熔化核心長大過度，超出電極壓力有效作用*圍，從而沖破塑性環在徑向造成內飛濺，在軸向沖破板表面造成外飛濺。這種情況一般產生在電流較大、通電時間過長的場合。可用縮短通電時間及減小電流的方法來防止。飛濺在外表面首先影響外觀，其次產生的疤痕影響耐腐蝕及疲勞性能。內部飛濺的殘跡有可能在運行時脫落，如進入管路（如油管）將造成堵塞等嚴重事故。⑶胡須在加熱到半熔化溫度的熔核邊緣，當*些材料（如高溫合金）中低熔點夾雜物較多聚集在晶界處時，這部分雜質首先熔化并在電極壓力的作用下被擠出呈空隙。在隨后的過程中，空間有時能被液態金屬充填滿，但亦可能未充填滿，這種組織形貌在金相試樣上稱為胡須，而未充填滿的胡須猶如裂紋是一種危險缺陷。3.維持（F＞0，I=0）此階段不再輸入熱量，熔核快速散熱、冷卻結晶。結晶過程遵循凝固理論。由于熔核體積小，且夾持在水冷電極間，冷卻速度甚高，一般在幾周內凝固結束。由于液態金屬處于封閉的塑性殼內，如無外力，冷卻收縮時將產生三維拉應力，極易產生縮孔、裂紋等缺陷，故在冷卻時必須保持足夠的電極壓力來壓縮熔核體積，補償收縮。對厚板、鋁合金和高溫合金等零件希望增加頂鍛力來達到防止縮孔、裂紋。這時必須精確控制加頂鍛力的時刻。過早將因液態金屬因壓強突然升高使塑性環被沖破，產生飛濺；過晚則因凝固缺陷已形成而無效。此外加后熱緩冷電流，降低凝固速度，亦有利于防止縮孔和裂紋的產生。4.休止（F＞0，I=0）此階段僅在焊接淬硬鋼時采用，一般插在維持時間內，當焊接電流結束，熔核完全凝固且冷卻到完成馬氏體轉變之后再插入，其目的是改善金相組織。三、點焊焊接參數當采用工頻交流電源時，點焊參數主要有焊接電流、焊接（通電）時間、電極壓力和電極尺寸。1.焊接電流Iω析出熱量與電流的平方成正比，所以焊接電流對焊點性能影響最敏感。在其它參數不變時，當電流小于*值熔核不能形成，超過此值后，隨電流增加熔核快速增大，焊點強度上升（圖3中AB段），而后因散熱量的增大而熔核增長速度減緩，焊點強度增加緩慢（圖3中BC段），如進一步提高電流則導致產生飛濺，焊點強度反而下降。所以一般建議選用對熔核直徑變化不敏感的適中電流（BC段）來焊接。在實際生產中，焊接電流的波動有時甚大，其原因有：①電網電壓本身波動或多臺焊機同時通電；②鐵磁體焊件伸入焊接回路的變化；③前點對后點的分流等。除選擇對焊接電流變化較不敏感的參數外，解決上述問題的方法是反饋控制。目前最常用的有網壓補償法、恒流法與群控法。網壓補償法可用于所有各種情況，恒流法主要用于第②種情況，不能用于第③種情況，群控法僅用于第①種情況。2.焊接時間tω通電時間的長短直接影響輸入熱量的大小，在目前廣為采用的同期控制點焊機上，通電時間是周（我國一周為20ms）的整倍數。在其它參數固定的情況下，只有通電時間超過*最小值時才開始出現熔核，而后隨通電時間的增長，熔核先快速增大，拉剪力亦提高。當選用的電流適中時，進一步增加通電時間熔核增長變慢，漸趨恒定。但由于加熱時間過長，組織變差，正拉力下降，會使塑性指標（延性比Fσ/Fτ）下降（圖4）。當選用的電流較大時，則熔核長大到一定極限后會產生飛濺。3.電極壓力F電極壓力的大小一方面影響