对焊的基本原理及方法和工艺

对焊的基本原理及方法和工艺
对接电阻焊(以下简称对焊)是利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊方法。

对焊的生产率高，易于实现自动化，因而获得广泛应用。

其应用范围可归纳如下：
(1)工件的接长例如带钢、型材、线材、钢筋、钢轨、锅炉钢管、石油和天然气输送等管道的对焊(图6—5a、b)。

对焊可分为电阻对焊和闪光对焊两种。

(2)环形工件的对焊例如汽车轮辋和自行车、摩托车轮圈的对焊、各种链环的对焊等(图6—5c、d)。

图6—5 对焊应用举例
(a)钢轨(b)管道(c)汽车轮辋(d)链环(e)万向轴壳
(f)汽车后桥壳体
(e)连杆(h)拉杆(i)特殊形状零件(j)排气阀(k)刀具
(3)部件的组焊将简单轧制、锻造、冲压或机加工件对焊成复杂的零件，以降低成本。

例如汽车方向轴外壳和后桥壳体的对焊，各种连杆，拉杆的对焊，以及特殊零件的对焊
等(图6—5e～i)。

(4)异种金属的对焊可以节约贵重金属，提高产品性能。

例如刀具的工作部分(高速钢)与尾部(中碳钢)的对焊，内燃机排气阀的头部(耐热钢)与尾部(结构钢)的对焊，铝铜导电接头的对焊等(图6—5j～k)。

一、电阻对焊
电阻对焊是将两工件端面始终压紧，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻压力(或不加顶锻压力只保持焊接时压力)完成焊接的方法。

(一)电阻对焊的电阻和加热
对焊时的电阻分布如图6—6所示，总电阻可用下式表示：
R＝2Rw+Rc+2Rew
式中Rw——一个工件导电部分的内部电阻(Ω)；
Rc——两工件间的接触电阻(Ω)；
Rew——工件与电极间的接触电阻(Ω)。

图6—6 对焊时的电阻分布
工件与电极之间的接触电阻由于阻值小，且离接合面较远，通常忽略不计。

工件的内部电阻与被焊金属的电阻率ρ和工件伸出电极的长度l0成正比，与工件的断面积S成反比。

和点焊时一样，电阻对焊时的接触电阻取决于接触面的表面状态、温度及压力。

当接触端面有明显的氧化物或其他脏物时，接触电阻就大。

温度或压力的增高，都会因实际接触面积的增大而使接触电阻减小。

焊接刚开始时，接触点上的电流密度很大；端面温度迅速升高后，接触电阻急剧减小。

加热到一定温度(钢600℃，铝合金350℃)时，接触电阻完全消失。

和点焊一样，对焊时的热源也是由焊接区电阻产生的电阻热。

电阻对焊时，接触电阻存在的时间极短，产生的热量小于总热量的10％～15％。

但因这部分热量是在接触面附近很窄的区域内产生的，所以会使这一区域的温度迅速升高，内部电阻迅速增大，即使接触电阻完全消失，该区域的产热强度仍比其他地方高。

所采用的焊接条件越硬(即电流越大和通电时间越短)，工件的压紧力越小，接触电阻对加热的影响越明显。

(二)电阻对焊的焊接循环、工艺参数和工件准备
1．焊接循环
电阻对焊时，两工件始终压紧，当端面温度升高到焊接温度Tw时，两工件端面的距离小到只有几个埃(A)，端面间
原子发生相互作用，在接合面上产生共同晶粒，从而形成接头。

电阻对焊时的焊接循环有两种：等压的和加大锻压力的。

前者加压机构简单，便于实现。

后者有利于提高焊接质量，主要用于合金钢，有色金属及其合金的电阻对焊，为了获得足够的塑性变形和进一步改善接头质量，还应设置有电流顶锻程序。

2．工艺参数
电阻对焊的主要工艺参数有：伸出长度、焊接电流(或焊接电流密度)、焊接通电时间、焊接压力和顶锻压力。

(1)伸出长度l0即工件伸出夹钳电极端面的长度。

选择伸出长度时，要考虑两个因素：顶锻时工件的稳定性和向夹钳的散热。

如果l0过长，则顶锻时工件会失稳旁弯。

l0过短，则由于向钳口的散热增强，使工件冷却过于强烈，会增加塑
性变形的困难。

对于直径为d的工件，一般低碳钢：l0=(0．5～
1)d，铝和黄铜：l0≈(1～2)d，铜：l0＝(1．5～2．5)d。

(2)焊接电流Iw和焊接时间tw在电阻对焊时，焊接电流常以电流密度jw来表示。

jw和tw是决定工件加热的两个主要参数。

二者可以在一定范围内相应地调配。

可以采用大电流密度、短时间(强条件)，也可以采用小电流密度、长
时间(弱条件)。

但条件过强时，容易产生未焊透缺陷；过软时，会使接口端面严重氧化、接头区晶粒粗大、影响接头强度。

(3)焊接压力Fw与顶锻压力Fu，Fw对接头处的产热和塑性变形都有影响。

减小Fw有利于产热，但不利于塑性变形。

因此，宜用较小的Fw进行加热，而以大得多的Fu进行顶锻。

但是Fw也不能过低，否则会引起飞溅、增加端面氧化，并在接口附近造成疏松。

3．工件准备
电阻对焊时，两工件的端面形状和尺寸应该相同，以保证两工件的加热和塑性变形一致。

工件的端面以及与夹钳接触的表面必须进行严格清理，端面的氧化物和脏物会直接影响接头的质量。

与夹钳接触的工件表面的氧化物和脏物将会增大接触处电阻，使工作表面烧伤、钳口磨损加剧，并增大功率损耗。

清理工件可以用砂轮、钢丝刷等机械手段，也可以用酸洗。

电阻焊接头中易产生氧化物夹杂。

对于焊接质量要求高的稀有金属、某些合金钢和有色金属时，常采用氩、氦等保护气氛来解决。

电阻对焊虽有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单等优点，但其接头的力学性能较低，对工件端面的准备工件要求高，
因此仅用于小断面(小于250mm2)金属型材的对接。