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第4章电阻焊设备4.1电阻焊设备分类和组成4.2电阻焊设备的主要技术参数4.3电阻焊设备的电极4.4点焊机器人第4章电阻焊设备4.1电阻焊设备分类和组成电阻焊设备是指采用电阻加热原理进行操作的一种设备。4.1.1电阻焊设备的型号编制示例：DZ/TZ-3×100点焊机凸焊机二次整流三相每相额定功率kVA）D-点焊机；T-凸焊机；F-缝焊机；U-对焊机；K-控制器；等等其它字母的含义，见表5-1（P94）所示。4.1.2电阻焊设备的组成电阻焊设备一般由机械装置、供电装置、控制装置三大部分组成，如图1（P96）所示。点（凸）焊机设备基本组成示意图1.加压机构2.焊接回路3.阻焊变压器4.主电力开关5.控制器6.功率调节机构7.冷却系统8.机身图1点（凸）焊机设备基本组成示意图缝焊机设备基本组成示意图1.加压机构2.焊接回路3.阻焊变压器4.机身5.功率调节机构6.主电力开关7.控制设备8.传动机构9.冷却系统图2缝焊机设备基本组成示意图对焊机设备基本组成示意图1.控制器2.机身3.焊接回路4.固定座板5.加紧机构6.活动座板7.送进机构8.冷却系统9.阻焊变压器10.功率调节机构11.主电力开关图3对焊机设备基本组成示意图1.机械装置机械装置由机身、加压机构(点焊机、凸焊机、缝焊机)、传动机构(缝焊机)、夹紧机构和送进机构(对焊机)等组成。机身要有足够的刚度、稳定性并能满足安装要求；加压机构应有良好的随动性和可实现的压力曲线(不变、可变)；夹紧机构应有足够的夹紧力和接触面积，顶锻时焊件不得打滑，钳口距离和对中位置方便可调；送进机构应平稳，实现需要的位移曲线和足够的顶锻速度和顶锻力。常用的点焊机为适应焊接工艺的要求，加压机构的类型及应用范围见表1（P97）表1常用加压机构的类型名称电极压力/N压力变化曲线应用杠杆弹簧传动3000不变25kVA以下点焊机电动凸轮传动4000不变75kVA以下点焊机电磁传动不变或可变小功率精密点焊机交流伺服电极加压可变（中频）点焊机器人气压传动15000不变或可变1000kVA以下点焊机液压传动3500不变2800kVA以下点焊机气压-液压传动9000不变200kVA以下悬挂式点焊机（1）加压机构目前，在联体式（或一体式）悬挂点焊机中广泛采用的是双行程快速点焊气压传动加压机构。其加压机构如图4所示在固定式点焊机中广泛应用汽缸有辅助行程的恒压力气压传动加压机构。在铝合金点焊中，常用随动性良好的薄膜气压变压力曲线气压传动加压机构。图4工作原理参照（p97），图5-2b：（2）传动机构缝焊机传动方式有3种:1)上滚轮电极为主动—多用于纵向缝焊机、万能缝焊机。2)下滚轮电极为主动—多用于横向缝焊机。3)上、下滚轮电极皆为主动—电极由滚花轮带动，主要用于缝焊镀层钢板。按缝焊工艺要求：连续传动，步进传动2种形式1）连续传动机构一般用于连续缝焊和断续缝焊；2）步进传动机构主要应用于步进缝焊机上。图5图6（3）夹紧和送进机构对焊机夹紧和送进机构的类型取决于焊机功率和使用要求，见表2（P103，表5-4）。送进机构是使焊件与动夹具一起移动，实现对焊焊接循环的重要条件之一。例如在闪光过程中，工件应以一定的规律平稳送进，并在顶锻时快速送进和产生必要的变形。气压-液压联合送进机构常用于中大功率的闪光焊机，图7所示。在焊接大截面工件或新结构连续闪光对焊机时，为使闪光过程保持稳定，防止可能产生的瞬间短路现象，采用了振动闪光过程，即使动夹具在送进过程中，以一定的振幅和频率作前后振动。图7类型特点适用范围偏心式手动，操作简单，动作快，但夹紧力小且不稳定25kVA以下对焊机螺旋式手动，夹紧力40kN以下；结构简单，工作可靠，但操作麻烦，生产效率低100kVA以下对焊机杠杆式夹紧力30kN以下，动作快，大量生产小零件较方便100kVA以下对焊机气压式夹紧力20~100kN，动作迅速，生产效率高，容易控制100~200kVA以下对焊机注：种类很多还没列完。表2常用的夹紧机构的类型和特点夹紧机构由静夹具和动夹具组成，并采取有顶座和无顶座两种系统。有顶座系统可承受较大的顶锻力、而所需夹紧力较小(Fc0.4～0.5Fu)；无顶座系统可焊接长的零件(平板、钢轨、管子等)而应用较广。夹紧机构示意图图8夹紧机构示意图a)有顶座b）无顶座送进机构表3常用的送进机构的类型和特点2.供电装置供电装置又称主电力回路，通常由电阻焊变压器、功率调节机构(级数换接器）、主电力开关、焊接回路等组成。但在电容储能焊机、直流冲击波焊机和三相低频焊机主回路中，还包括一次整流装置、逆变器、和二次整流组件等。（1）供电装置的特点：1)可输出大电流、低电压。输出焊接电流通常在1～100kA，固定式焊机输出空载电压通常在12V以内，移动式焊机在24V以内。2)功率大并可方便地进行调节。采用大容量、低漏抗的阻焊变压器作焊接电源，如在输油管线的闪光对焊机上，容量最大可达6000kVA，输出焊接电流可达1000kA。同时，为满足工艺要求，通常用改变阻焊变压器一次绕组线圈匝数的方法分级调节焊接功率；利用控制设备中“相移控制器”来均匀调节某一级数下的焊接功率。3)主电源(阻焊变压器)一般无空载运用及负载持续率较低。现行标准规定阻焊变压器额定负裁持续率为50％，并依此为设计依据。但是从焊接生产率特点看，点、凸、对焊机多为20％，而缝焊机可为50％和l00％。4)可提供多种焊接电流波形。由于向焊接区输送的电流波形是与被焊焊件材质本身热物理性质和使用要求密切相关，是获得优质焊接接头的保证条件，因而对电阻焊工艺过程影响极大。所以，电阻焊机将此作为重要分类依据。可分为：工频交流电阻焊机、二次整流电阻焊机、直流冲击波电阻焊机、三相低频电阻焊机、逆变式电阻焊机和电容贮能电阻焊机。5）焊机功率选择：材料的性质与尺寸。各类电阻焊机电气框图及焊接电流波形图9图10图11图12图13图14表4电阻焊机的特点及应用范围（2）阻焊变压器—电阻焊机供电装置的核心。其原理和一般电力变压器相同，结构和使用方面的有其特点。阻焊变压器由铁心、一次绕组、二次绕组、绝缘物及夹紧件等组成。调节原理：从变压器理论可知，变压器一、二次电压之比（近似）等于其绕组的匝数比。（3）焊接回路焊接回路是指电阻焊机中焊接电流流经的回路，也称二次回路，它是供电装置中重要组成之一。1）焊接回路结构特点：焊接回路因要传递较大的机械力和焊接电流，因此它应满足一定的强度、刚度和发热要求。2）焊接回路电气特点：在规定的使用要求（电极臂伸出长度和间距）下，应使焊接回路具有尽可能小的短路阻抗。图153.控制装置（1）控制装置的主要功能包括：1）提供信号控制电焊机动作；2）接通和切断焊接电流；3）控制焊接电流值；4）进行故障监测与处理；（2）控制装置的基本组成：1）程序转换定时器用来实现电阻焊焊接循环中个程序段的时间调整。2）相移控制器用来完成焊接功率的均匀调节，即焊接电流的热量控制。3）触发器和断续器：前者是将触发脉冲耦合输出给后者；断续器是主电力开关，用以接通和切断主电源与电网的连接。4.2电阻焊设备的主要技术参数电阻焊设备及其主要构件的设计、制造、试验、出场检验等，均需符合相应的电焊机行业现行标准。4.2.1电阻焊机主要技术要求P125表5-94.2.1电阻焊机主要技术参数P127表5-11、5-12、5-134.3电阻焊设备的电极电极是电阻焊机上的一个关键易损耗零件，正确选用电极是获得优质接头和提高生产效率的重要手段。电极的功用：（1）向焊接区传输电流；（2）向焊接区传递压力；（3）导散焊件表面及焊接区的部分热量；（4）调节和控制电阻焊加热过程中的热平衡；（5）将工件定位、夹持于适当位置等。电极与工件直接接触，所以电极是电阻焊机上的一个关键易损耗零件，正确选用电极是获得优质接头提高生产率的重要手段。4.3.1电极材料对电极材料的要求：（1）有足够的高温硬度与强度，再结晶温度高；（2）有高的抗氧化能力并与焊件材料形成合金的倾向小；（3）在常温与高温都有合适的导电和导热性；（4）具有良好的加工性能。实际中常用的电极材料的成分及性能可查表参考。表5常用电极材料的成分及性能（部分）随着现代工业生产中自动焊机，焊接机器人的大量使用，电阻焊在高速、高节拍下完成，对电极材料的强度、软化点和导电性能等提出了更高的要求，颗粒强化铜基复合材料(又称弥散强化铜)作为新型电极材料受到重视。表61.点焊电极图16常用的点焊电极头形式a)平面型(F型);b)圆锥型(C型);c)尖头型(P型);d)球面型(R型);e)偏心型(E型);f)帽状电极;g)球铰链平衡电极;h)复合电极点焊电极公称直径与最大电极压力的关系见表5-16(P134)所示；标准直电极的基本尺寸参数见表5-17(P135)所示；允许电极设计成适当形状（如弯曲形等），但应保证具有良好的冷却效果和避免与焊件在非点焊部位接触产生分流。电阻焊电极分：点焊、缝焊、对焊、凸焊电极。4.3.2电极结构图17点焊电极实物照片2.凸焊电极凸焊常用电极是平面、球面或曲面电极以及工作端面与焊件外形相适应的电极。图18单点凸焊用电极图19缝焊电极实物照片缝焊电极又称滚轮电极或焊轮,其基本结构见图3-8(P71)所示;缝焊电极和轴见图19所示.3.缝焊电极部标规定缝焊电极外径(mm)系列为：l00、112、125、140、160、180、200、224、250、280和315等，常用尺寸为l80～250mm。原则上在被焊工件结构尺寸允许的情况下，缝焊电极直径应尽可能大。缝焊电极均采用外部注水冷却，以减少端面磨损及焊件变形。图20对焊电极钳口形状a）、V形钳口,常用来焊接直径不大的圆棒或圆管；b）、半圆形钳口用于焊件直径较大的圆棒或圆管；c）、斜面形钳口常用于板材对焊，厚度小于1mm；d）、平板钳口常用于板材对焊，厚度大于1mm。对焊电极钳口形状与尺寸常根据不同的焊件形状和尺寸来考虑.4.对焊电极4.4点焊机器人4.4.1点焊工艺对机器人的基本要求1）点焊作业一般采用点位控制，其定位精度≤±1mm。2）必须使点焊机器人可达到的工作空间大于焊接所需的工作空间，该空间由焊点位置及焊点数量确定。一般工作空间大于5m3。3）按工件形状、种类、焊缝位置来选用机器人末端执行器，即垂直及近于垂直的焊缝选C形焊钳；水平及水平倾斜的焊缝选用X形焊钳。4)根据选用的焊钳结构(分离式、一体式、内藏式)、焊件材质与厚度及焊接电流波形(工频交流、逆变式直流等)来选取适当抓重(腕部最大负荷)的点焊机器人，通常抓重为50～120kg。5)机器人应具有较高的抗干扰能力和可靠性(平均无故障工作时间应超过2000h，平均修复时间不大于30min)；具有较强的故障自诊断功能，例如可发现电极与工件发生“粘结”而无法脱开的危险情况，并能作出电极沿工件表面反复扭转直至故障消除；点焊机器人因负载大，应比弧焊机器人具有更可靠的防碰撞措施。6)点焊机器人示教记忆容量(控制器计算机可存储的位置、姿态、顺序、速度等信息的容量—编程容量，通常用时间或位置点数来表示)应大于l000点。7)机器人应具有较高的点焊速度(例如，每分钟60点以上)，它可保证单点焊接时间(含加压、焊接、维持、休息、移位等点焊循环)与生产线物流速度匹配且其中50mm短距离(焊点问距)移动的定位时问应缩短在0.4s以内。8)需采用多台机器人时，应研究是否选用多种型号，并与多点焊机及简易直角坐标机器人并用等问题；当机器人布置间隔较小时。应注意动作顺序的安排，可通过机器人群控或相互间联锁作用来避免干涉。4.4.2点焊机器人焊接系统1.点焊钳（1）分离式焊钳：钳体安装在操作机手腕上，阻焊变压器安装在机器人上方悬梁上，且可沿着机器人焊接方向运动，二者以粗电缆连接，其优点是可明显减轻手腕负荷，运动速度高，价格便宜。主要缺点是机器人工作空间以及焊接位置受到限制了，电能损耗大，并使手腕承受挠性电缆引起的较大附加载荷。(2)内藏式焊钳：阻焊变压器安装在操作机手臂内，显著缩短了二次电缆和变压器容量；但主要缺点是使操作机的机