編號：LNJD-PR08-RE08授課方案授課教師張德虎課程名稱汽車制造工藝技術1單元16授課時間年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第節第節第節班班班授課章節任務二電阻點焊教學目標知識目標：掌握電阻點焊的定義和主要參數選擇，了解電阻點焊的焊接循環過程能力目標：能正確使用汽車電阻點焊設備素質目標：培養學生愛動腦、善于查資料的素質重點難點重點：電阻點焊主要參數選擇和循環過程難點：電阻點焊設備教學地點普通教室□一體化教室R多媒體教室R實訓室□實驗室□企業現場□其他教學方法及手段常規教學□啟發式教學√現場教學□案例教學□問題教學√項目教學√多媒體教學□演示教學□其他教學過程設計一、復習二、導入三、講授新課四、提問五、布置作業六、總結教學后記遼寧機電職業技術學院教案用紙No授課內容備注任務二電阻點焊【復習】1.電阻焊的概念、分類?2.電阻焊的工作原理？【導入】

汽車車身電阻點焊的應用和結構如下圖：【講授新課】一、電阻點焊的定義

點焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間,并通以電流,利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱將其加熱到熔化狀態,使之形成金屬結合的一種方法。點焊的接頭形式是搭接。點焊時，將焊件壓緊在兩圓柱形電極間，并通以很大的電流，利用兩焊件接觸電阻較大，產生的熱量大，迅速將焊件接觸處加熱到熔化狀態，形成液態熔池（焊核），當液態金屬達到一定數量后斷電，在壓力的作用下，冷卻凝固形成熔核，如圖4-8所示。點焊主要用于帶蒙皮的骨架結構，例如汽車駕駛室、客車廂體和飛機翼尖翼肋等。圖2

點焊示意圖

1.點焊的電極點焊時，常用的電極材料有純銅電極、鎘青銅電極和鉻青銅電極。（1）純銅電極。純銅具有良好的導電性和導熱性，但由于硬度和屈服強度較低，因此壽命很短。純銅電極適用于工作量不大的輕合金焊件的焊接。（2）鎘青銅電極。鎘青銅具有較好的力學性能和導電性(為純銅的90%)，常用來制造焊接黑色金屬的電極和有色金屬電極。（3）鉻青銅電極。鉻青銅電極具有相當高的硬度，并有良好的導電性和較好的抗氧化能力，它的使用壽命長，因此被廣泛用于耐熱鋼和不銹鋼的焊接。2.點焊的接頭形式點焊時工件采用的接頭形式如圖4-9所示，分為單剪搭接、雙剪搭接、帶墊片對接以及彎邊搭接等幾種，其中單剪搭接接頭應用最廣。二、電阻點焊的特點1）電阻點焊的優點（1）熔核形成時始終被塑性環包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡單。（2）加熱時間短，熱量集中，故熱影響區小，變形與應力也小，通常在焊后不必安排校正和熱處理工序。（3）不需要焊絲、焊條等填充金屬作焊接材料，焊接成本低。（4）操作簡單，易于實現機械化和自動化，改善了勞動條件。（5）生產率高，且無噪聲及有害氣體，在大批量生產中，可以和其他制造工序一起編到組裝線上。2）電阻點焊的缺點（1）點焊因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強度和疲勞強度均較低。（2）設備功率大，機械化、自動化程度較高，使設備成本較高、維修較困難，并且常用的大功率單相交流焊機不利于電網的平衡運行。（3）目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接質量只能靠工藝試樣和工件破壞性試驗來檢查，靠各種監控進行技術保證。三、電阻點焊主要參數選擇

1.焊件的焊前清理焊前必須清除焊件表面的油脂、臟物及氧化膜。因為這類雜質的存在，會使焊件與焊件間、焊件與電極間的接觸電阻顯著增加，甚至出現局部不導電，破壞了電流和熱量的正常分布;在電流密度特別大的地方，發生金屬局部熔化、飛濺和表面過熱或燒穿焊件。如果氧化膜太厚，會使焊件接觸面絕緣，不能形成焊點。清理前，選用有機溶劑（汽油、丙酮等）或堿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，一般可用紗布、銅絲刷或噴砂處理。2.電阻點焊的能量

電阻點焊的能量是電阻熱，因此，它符合焦耳定律：

Q=I2RT

其中，Q—電阻點焊能量；

I

—焊接電流；

R—電焊過程中的動態電阻；

T—

焊接時間。

3.焊接電流

由于繞流現象產生的邊緣效應，電流通過焊件時的分布將是不均勻的。即：兩電極間的電流密度是不均勻的。由右圖4可以看到：貼合面的邊緣電流密度出現峰值，該處加熱強度最大，因而將首先出現塑性連接區，這就是塑性環。熔核就是在塑性環里形成并長大的。塑性環的作用：防止熔核氧化和飛濺。4.焊接電阻

如右圖5所示：電極與工件間接觸電阻Rew、工件間的接觸電阻Re（Rew和Re被稱為接觸電阻）和工件自身的電阻Rw（Rw成為內部電阻）構成了點焊時電阻熱的發生機構。其中，接觸電阻產熱約為5%-10%，內部電阻產熱約90%-95%。由圖6可以看到：在其他焊接參數不變的情況下，隨著電極壓力的增大，焊接電阻迅速減小，當電極壓力增加到一定值時，焊接電阻趨于穩定。

5.溫度場的分布

溫度場是產熱與散熱相互作用的表現和結果.由于產熱電阻阻值的不同、電流線分布的不均勻性以及水冷銅合金電極的強烈冷卻作用，使溫度場的分布具有不均勻性.由圖7可以看出：點焊時板件貼合面處的溫度最高，這樣的分布有利于貼合面處的母材熔化形成熔核。

6.點焊焊接參數的選擇點焊時，主要的焊接參數有焊接電流、通電時間、電極接觸面積和電極壓力等。其焊接參數的選擇主要用實驗法，即試焊、檢驗，最后確定焊接規范。常用的低碳鋼點焊焊接參數見表4-3。四、電阻點焊焊接循環過程點焊的焊接過程由預壓、通電、維持、休止四部分組成。其焊接質量的好壞與預壓力、通電時間、通電電流、工件性能、電極的形狀與材料等因素有直接關系，其中通電電流和通電時間對焊接質量的影響最大。（1）預壓力的影響點焊的預壓力是由電極施加的，因此預壓力又稱為電極壓力。適當的電極壓力對于保證焊接質量十分有利，其原因是：適當的電極壓力可以破壞焊接接頭表面的氧化物層，使焊接接頭表面保持良好的接觸，促進焊接接頭的熔合；熱熔時在電極壓力作用下形成的塑性環可防止周圍氣體侵入和液態熔核金屬沿板縫向外噴濺，這對于保證焊接質量具有十分重要的作用。（2）焊接電流的影響點焊所需要的熱量完全由電流轉換而來，由此可見焊接電流對焊接質量的影響。電流越大，所產生的焊接熱越大，焊接接頭處的金屬越容易熔化。不同的材料其熔化熱和散熱能力均有較大差異，因此焊接不同種類的金屬應采用不同的焊接電流。此外，點焊接頭處金屬厚度的不同所需的焊接熱也存在很大的差異，因此焊接較厚的金屬時需要較大的焊接電流，焊接較薄的金屬時需要較小的電流，否則焊接接頭有被燒穿的危險。由此可見，焊接電流是一個必須嚴格控制的重要參數。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。（3）通電時間的影響通電時問又稱焊接時間，焊接時間與焊接電流在一定范圍內可以相互補充。為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流、短時問焊接模式(簡稱強條件或硬規范)，也可采用小電流、長時間(簡稱弱條件或軟規范)。選用硬規范還是軟規范，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問，都有一個上下限，選用時應特別注意這一點。（4）電極形狀及材料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。（5）工件性能的影響工件表面狀況如氧化物、污垢、油和其他雜質等均會影響工件的導電性能，通常情況下都會增大焊接接頭處的接觸電阻。過厚的氧化物層甚至會使電流不能導通，使焊接過程無法進行。氧化物層的存在還會影響各個焊點加熱的均勻性，引起焊接質量的不穩定。因此徹底清潔工件表面是保證獲得優質焊接接頭的必要條件。除工件表面狀況會影響到焊接質量外，工件材料的許多性能都會對點焊的有效性構成較大影響：材料的導電性和導熱性越高，焊接性越差；材料的高溫強度越高、屈服強度越高，焊接性越差；材料的塑性溫度范圍越窄，對參數波動越敏感，焊接性越差；材料對熱循環的敏感性越強，焊接性越差；此外，熔點高、線膨脹系數大、易形成致密氧化膜的金屬，其焊接性一般較差。（6）點焊參數的選用選擇點焊參數時可以采用計算法或查表法，無論采用哪種方法，所選擇出來的參數都不可能是十分精確和合適的，需針對具體工件的特點由實驗確定。五、電阻點焊的設備

目前在生產中的電阻焊焊機種類很多，按其用途可分為點焊焊機、縫焊焊機和對焊焊機等。

1.點焊機的分類1）按使用的電源不同，可分為工頻（即50Hz的交流電源）點焊機、脈沖點焊機、直流沖擊波點焊機、電容儲能式點焊機以及變頻點焊機（包括高頻點焊機和低頻點焊機）等，如圖4-11~4-15所示。

2）按加壓機構傳動方式的不同，可分為腳踏杠桿式點焊機、電動凸輪式點焊機、氣壓傳動式點焊機、液壓傳動式點焊機以及復合（如氣壓-液壓式）點焊機等。

3）按電極的運動形式不同，可分為垂直行程式點焊機和圓弧行程式點焊機(圖4-16、圖4-17)。4）按一個焊接周期完成的焊點數不同，可分為單點式（如常用的DN2系列點焊機）、雙點式和多點式（如汽車制造專用的DNI3系列多頭點焊機）。5）按焊機安裝形式的不同，可分為固定式點焊機、移動式點焊機和懸掛式點焊機。

2.焊鉗電阻點焊設備在汽車生產中主要分兩類：懸掛式點焊焊機和機器人點焊設備。懸掛式點焊焊機由焊鉗、焊機變壓器、焊機控制器、水冷卻系統、氣動加壓系統和懸掛裝置等部分組成，根據焊臂的動作分為X型與C型兩種；機器人點焊設備主要由點焊控制器、焊鉗(包括阻焊變壓器)及水、電、氣等輔助部分組成。懸掛焊是采用工件不動，焊鉗移動的焊接方式，主要用于焊接一般固定式焊機不能或不便焊接的低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鍍層鋼、板材及圓鋼。而焊接機器人則采用焊鉗和工件都運動的焊接方式，其自動化和勞動強度都得到了很大的改觀，所以焊接機器人在現代工業生產中得到了廣泛的應用，特別是在汽車生產中應用尤為廣泛。（1）焊鉗概述點焊機的焊鉗由定焊臂、動焊臂、定電極、動電極、機體、懸臂、手柄、焊接啟動開關、氣缸和輔助行程開關等組成，如圖4-18所示。焊機主要分為X型和C型。X型懸掛焊機的焊臂能像剪刀一樣張開和閉合，該類焊機適用于尺寸大且焊接位喉深大的工件焊接，其常用焊臂長度有330mm、420mm、500mm、600mm，最長可達1200mm，特殊的還可定制。C型懸掛焊機靜止的焊臂似L狀，另一焊臂垂直于L型焊臂的短邊，兩條焊臂構成的包圍圈在沒有閉合時像字母“C”因此而得名。此類焊機適用于工件大但焊接位喉深不大、對焊接速度要求較高的情況，例如風管口里管道與法蘭角鐵的焊接。（2）焊鉗的分類焊鉗的分類方法有很多種，按應用場合可分為便攜式焊鉗、自動平衡焊鉗和機器人焊鉗3大類。①便攜式焊鉗。便攜式焊鉗是用于手工操作的焊鉗，結構簡單、重量輕、靈活方便，主要有普通型和一體化型兩大類。普通型是指焊鉗與阻焊變壓器分離，操作性能好，維修簡單，產品較為成熟；一體化型是指焊鉗與阻焊變壓器安裝在一起，共同固定在焊鉗手臂末端，其主要優點是節省能量。一體式焊鉗的缺點是焊鉗重量增大，要求負載能力變大，但隨著逆變焊鉗的發展及機器人負載能力的提高，一體式焊鉗將得到廣泛的應用，如圖4-19a所示。②自動平衡焊鉗。與便攜式焊鉗類似，只是在焊接時焊鉗不用人工控制，而將它與夾具配合，固定在夾具上，實現一定程度的自動化生產。③機器人焊鉗。點焊機器人用焊鉗與焊條電弧焊焊鉗一樣有C型和X型兩種，但與焊條電弧焊焊鉗相比其使用壽命長、尺寸精度高、結構緊湊且重量輕。根據工件及焊接夾具的結構形式來選取焊鉗的種類及結構尺寸，對于較復雜的工件一般需要通過仿真來確定焊鉗的尺寸。與機器人連接可自動控制，精度高、效率高，但機構較復雜、重量大，如圖4-19b所示。（3）焊鉗選用的基本原則

①

依據產品結構、夾具結構和作業方位等確定合理的點焊鉗形式。②根據焊鉗的工作位置、工件形狀選擇焊鉗的門深、門高選擇，如圖4-20所示。③根據焊接板厚、加壓時間和焊接部位的材料等條件選擇電極加壓力，從而選擇氣缸直徑。④根據輔助行程和工作行程選擇氣缸的長度。

經過輔助行程使焊鉗進入焊接部位，進入焊接部位后關閉輔助行程，改為工作行程。⑤根據客戶要求選擇電纜連接方式。⑥根據焊接條件來選擇手柄型號。

3.點焊機常見故障及排除方法點焊機常見故障及排除方法見表4-4。4.電阻焊機的使用、維護及安全注意事項1）焊機工作前，對各有關傳動部分加油，保證潤滑良好；2）焊機通水后方可進行操作；3）要經常保持接觸器觸點清潔；4）電極與焊件接觸處應保持光潔，必要時用細砂紙磨光；5）焊后應及時清理焊機上的飛渣，防止金屬飛渣落入焊接變壓器線圈中發生短路；6）焊機在攝氏零度以下工作完畢后，應使用壓縮空氣吹除冷卻管