汽车电阻焊新技术的运用

电阻焊的应用基础与新技术的运用目录一、何谓电阻焊1、点焊2、凸焊3、缝焊4、对焊二、电阻焊原理的应用1、电阻焊接热的产出及影响因素2、热平衡及散热3、焊接循环三、电阻焊的优缺点四、电阻焊新技术的发展1、一体化悬挂点焊机代替分体悬挂点焊机2、中频逆变电阻焊的最新科技领域一、何谓电阻焊电阻焊——是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。特点——焊接的热源是电阻热。（称电阻焊）——焊接时需施加压力。（又称压力焊）分类——按工艺特点分：点焊、凸焊、缝焊、对焊。——按供能方式分：单相工频、二次整流、三相低频、储能式、逆变式。——按电流种类分：交流、直流、脉冲。交流电阻焊—3—10Hz低频电阻焊50Hz工频电阻焊150—300Hz中频电阻焊2.5—450kHz高频电阻焊直流电阻焊—主要采用在二次回路中建立整流电路，从而获得直流电源式的焊接。脉冲电阻焊—有电容储能焊和直流脉冲焊按工艺形式分•电阻焊分类与组合按接头形式分（一）、点焊——是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。点焊的工艺过程：预压——通电——断电锻压——复位1、预压，保证工件接触良好。2、通电，使焊接处形成熔核及塑性环。3、断电锻压，使熔核在压力继续作用下冷却结晶，形成组织致密、无缩孔、无裂纹的焊点。焊点直径通常为单个工件厚度的2倍加3毫米，焊点高度为工件总厚度的30～70％。焊点的数目和电流大小，根据接头所需要的强度选择。一般点焊的最大厚度—低碳钢一般为3毫米，钢筋和棒材直径达25毫米。焊接两个厚度不等的工件时厚度比应小于1:3。单点焊的生产率一般可达每分钟100点。大批量生产中往往采用专用的多点焊机。（二）、凸焊——凸焊是点焊的一种变型形式;在一个工件上有预制的凸点或凸环，用平板电极焊接。凸焊时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。凸焊适用于大量生产和焊接厚度相差较大的工件，如飞机的孔盖、加强板、晶体管的管壳等。（三）、缝焊——缝焊的过程与点焊相似，只是以旋转的圆盘状滚轮电极代替柱状电极，将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。缝焊主要用于直线、环状或圆形焊缝的焊接，如油箱、气瓶、以及电冰箱壳壳体和安装边等。板厚一般在2毫米以下，焊接速度约0.5～3米／分。（四）、对焊——包括闪光对焊和电阻对焊。1、闪光对焊：将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材相当，而且焊前不需要清理接头的预焊表面。闪光对焊常用于重要焊件的焊接。可焊同种金属，也可焊异种金属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。闪光对焊在工业中应用较广，可用于焊接棒材、板材、管子、钢轨、链条和刀具，以及汽车和自行车轮圈等。2、电阻对焊：将两工件接触面压紧，通电加热达到热塑性状态时，迅速施加顶锻力完成焊接。接头外形比较匀称，没有毛刺，但焊前端面清理要求较高，仅适用于焊接小断面的工件，例如直径为20毫米以下的棒材或管子。在电阻焊接应用最广泛的汽车制造业内，一个最根本的问题：如何达到每个焊接点都是完美无瑕的。到现在为止，没有一种方法能够100％地达成零缺陷焊接。电阻焊是利用金属界面电阻，短时间通过大量电流生成热，使金属界面熔化，从而实现焊接，也就是把两片金属熔合起来。但是100%的焊接成功率，是很难实现的。因为界面电阻是一个不稳定的物理特性。要达成这个100%的目标，需注意以下几个问题：1.稳定的材料及界面成型：除非有精密的冲压条件，一般车厂在大量生产时，无法做到很好的一致性；零件表面处理的情况也不容易控制。这给焊接工艺造成很大的困扰。2.机器本身的条件状况不易控制：一般气压设备的老化容易造成加压系统的不稳定，让界面电阻变化，使得同样的焊接条件可能无法达成需要的焊接电流强度。3.焊接设备机械结构的老化及电力连接件的老化，造成冷焊及虚焊的情形。4.现场工作人员在不了解焊接原理的状况下，随意调节焊接参数，使焊接质量极难控制。一部汽车上大约有4000个焊点。在同一个汽车公司，这些焊点可能是在不同的地方，不同的电网电力环境，不同的焊接设备，不同操作焊钳的工作角度...二、电阻焊的基本理论电阻焊接的品质是由以下4个要素决定的：1.电流——2.通电时间——3.加压力——4.电阻顶端直径一、电阻焊接热的产生及影响因素点焊时产生的热量由下式决定：Q=I2Rt——（1）式中：Q——产生的热量（J）、I——焊接电流（A）、R——电极间电阻（Ω）、t——焊接时间（s）1.电阻R及影响R的因素电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew——（2）当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率。因此，电阻率是被焊材料的重要性能：电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）产热易而散热难用小电流电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）产热难而散热易用很大电流所以，一般点焊时，前者可用电流几千安培，而后者就必须用很大电流几万安培。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成：1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。2.焊接电流的影响从公式（1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响。通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊热接热，从而使接头强度显著下降。3.焊接时间的影响为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。获得一定强度的焊点：可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。超过此限，将无法形成合格的熔核。4.电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变。采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性。电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。5.电极形状及材料性能的影响由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。6.工件表面状况的影响工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。因此彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。二、热平衡及散热点焊时，产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失掉了，其热平衡方程式：Q=Q1+Q2——（3）其中：Q1——形成熔核的热量、Q2——损失的热量有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化金属量，而与所用的焊接条件无关。Q1=10%-30%Q——（4）电阻率低、导热性好的金属（铝、铜合金等）取下限；电阻率高、导热性差的金属（不锈钢、高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量（5%Q）左右。三、焊接循环点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段（如图点焊过程）：1）预压阶段——电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。2）焊接时间——焊接电流通过工件，产生热形成熔核。3）维持时间——切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。4）休止时间——电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环。1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。2）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅；凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。4）用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能；或在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。最简单的焊接循环是在整个焊接过程中供给均匀恒定的焊接电流和压力。实际生产中，为了改善接头的性质，有时采用递增或递减的控制。四、改善焊接接头的焊接循环例如，对于厚度或刚性大的焊件，常采用加大预压力的方法，以保证焊件接触紧密，创造良好的导电条件，一般选择F预=(1.5-2.5)F焊。为了提高生产率，在保证预压力达到稳定的前提下，尽量缩短预压时间。点焊时，熔核四周受高温塑性金属所封闭，冷却结晶不能自由收缩，在熔核中容易形成缩孔、气孔或裂纹，为了防止和减少这类缺陷产生，熔核冷却结晶期间必须在电极压力作用下进行。如果焊接较厚的焊件（铝合金大于1.5-2mm，钢大于5-6mm）时，因熔核四周的固态壳体较厚，常采用加大电极压力（称锻压压力）的焊接循环，见图4-1-12。加锻压力的时间须在断电后（0-0.2）s范围内，提前加压会把熔化金属挤出，引起飞溅；加压太晚，熔核凝固，就不再起锻压作用。在点焊和凸焊的过程中：通电焊接必须是在电极压力达到满值且稳定后进行的。否则可能因压力过低，接触电阻太大而引起强烈飞溅，或因压力前后不一致，影响加热，造成焊点强度的波动。电极提起也必须在电流全部切断之后，否则电极与焊件之间会引起火花，甚至烧穿工件。图4-1-11为加压与通电时间配合不当的焊接循环。开始时电极压力不足时就过早通电，结束时电流尚未切断就提起电极。五、不适当的焊接循环电阻焊的优点1、熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。2、加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。3、不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、氢等焊接材料，焊接成本低。4、操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。5、生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离。电阻焊的缺点1、目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量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。2、点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，且因在两板焊接熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。3、设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。三、电阻焊的优缺点电阻点焊的品质管理