电阻焊

电阻焊的基本原理
一、电阻热的产生及影响产热因素
电阻焊的热源：是电流通过焊件本身及其接 触处所产生的电阻热。
Q I 2 Rt
决定电阻焊接热量的是： 焊接电流 两极之间的电阻 通电时间 热量的一部分用来形成焊缝，另一部分散失 于周围金属中。
1、电极间电阻R及其影响因素 两电极之间的电阻R随着焊接方法不同而 不同。 点焊的电阻R是由两焊件本身电阻Rw、它 们之间的接触电阻Rc、电极与焊件之间的接触 电阻Rcw组成。 R=2Rw+Rc+2Rcw
为了改善接头的性能，有时会将下列各项 中的一项或多项加于基本循环： 1）加大预压力，以消除厚焊件之间的间 隙； 2）用预热脉冲提高金属达到塑性，使焊 件之间紧密贴合，反之飞溅；凸焊时这样做可 以使多个凸点在通电前与电极平衡接触，以保 证各点加热的一致性。 3）加大锻压力，以使熔核致密，防止产 生裂纹和缩孔。 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。
（2）焊件间接触电阻Rc 电阻Rc组成： 1）焊件表面氧化膜或污物层，使电流受到较大阻碍，过厚的 氧化膜或污物层会导致电流不能导通。 2）由于焊件表面是凹陷不平的，使焊件在粗糙表面形成接触 点。在接触点形成电流线的集中，因此增加了接触处的电 阻Rc。 电极压力增加或温度升高使金属达到塑性状态时，都 会导致焊件间接触面积增加，促使接触电阻Rc减小。因此， 当焊件表面较清洁时，接触电阻仅在通电时极短时间内存 在，随后就会迅速减小以至消失。 接触电阻尽管存在时间极短，但在点焊极薄的铝合金 时，对熔化核的形成仍有显著影响。
5、电极形状及其材料的影响 电极的接触面积决定着电流密度和熔核的 大小， 电极材料的电阻率和导热性关系着热量的 产生和散失。 电极必须有合适的强度和硬度，不至于在 反复加压过程中发生变形和损耗，使接触面积 加大，接头强度下降。
6、焊件表面状况的影响 焊件表面上带有氧化物、铁锈或其他杂质 等不均匀覆层时，会因接触电阻的不一致，各 个焊点产生的热量就会大小不一致，引起焊接 质量的波动。 所以焊前彻底清理待焊表面是获得优质焊 接接头的必备条件。
3、通电时间的影响 电阻点焊时，为了保证熔核尺寸和焊点强 度，焊接时间和焊接电流在一定范围内可以互为 补充，总热量既可通过调节电流也可通过调节焊 接时间来改变。但传热情况与时间有关。 为了获得一定强度的焊点： 可以采用大电流和短时间——强条件(硬规范)焊 接； 也可以采用小电流和长时间——弱条件(软规范) 焊接。 在生产中选用强条件还是弱条件要取决于 金属的性质、厚度和所用焊接电源的功率。
（3）操作简单，易于实现机械化和自动化生产， 无噪声及烟尘，劳动条件好。 （4）生产率高，在大批量生产中可以与其他制造 工序一起编到组装生产线上。只有闪光对焊因有 火花喷溅需要作适当隔离。
2、缺点： （1）目前尚缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量 只能靠工艺试样和破坏性试验来检查，以及靠 各种监控技术来保证。 （2）点焊和缝焊需用搭接接头，增加了构件的重 量，其接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。 （3）设备功率大，机械化和自动化程度较高，故 设备投资大，维修较困难。大功率焊机馈电网 负荷困难，若是单相交流焊机，则对电网的正 常运行有不利的影响。
第五章
电阻焊
电阻焊的分类及特点
一、电阻焊的实质
定义：利用电流通过焊件接头的接触面 及邻近区域产生的电阻能热，将被焊金属加 热到局部熔化或达到高温塑性状态，在外力 的作用下形成牢固的焊接接头的工艺过程， 称为电阻焊。
电阻焊与电弧焊相比有如下两个特征： （1）热效率高 电弧焊是借助外部集中热源，从外部向焊 件传导热能； 电阻焊是电阻热由高温区向低温区传导， 属于内部热源。因此，热能损失比较少，热效 率比较高。
4、电极压力的影响 电极压力对两电极间总电阻R有显著影响， 随着电极压力增大，引起界面接触电阻减少。此 时，焊接电流虽因电阻减少而略有增加，但不足 以影响因R减少而引起产热量的减小。所以焊点 强度总是随电极压力的增大而降低。 为了使焊接热量达到原有水平，保持焊点 强度不变，在增大电极压力的同时，也适当增大 焊接电流或延长焊接时间以弥补电阻减小的影响。 若电极压力过小，将引起金属飞溅，也会 引起焊点强度下降。 在确定电极压力时，还必须考虑到备料或 装配质量，如果工件已经变形，以致焊接区不能 紧密接触，则需采用较高的电极压力以克服这种 变形。
（1）焊件本身电阻Rw 通常电阻率高的金属材料其导热性差，如不锈钢， 点焊时产热容易而散热难，因此可以用较小的焊接电流 (几千安培)； 电阻率低的金属一般导热性好，如铝合金，点焊时产 热难而散热易，故须用很大的焊接电流，高达几万安培。 金属的电阻率不仅取决于金属的成分，还取决于金属 表面状态及温度，随着温度的升高电阻率增大，并且金属 熔化时电阻率比熔化前高1～2倍。 在焊接时，随着温度的升高，除电阻率升高使焊件本 身电阻Rw升高外，同时金属的压溃强度降低，使焊件与 焊件之间、焊件与电极之间的接触面积增大，电流线分布 分散，因而引起焊件电阻Rw减小。点焊低碳钢时，在上 述两种相互矛盾的因素下，加热开始时焊件的电阻Rw逐 渐增加，当熔核形成时又逐渐降低。
点焊的接头形式必须是搭接。
2、缝焊 缝焊与点焊的区别：缝焊是以圆盘状铜合 金电极 (滚轮电极)代替点焊的棒状电极。 焊接时，滚轮电极压紧工件的同时，并作 波动。使工件产生移动。电极在滚动过程中通 电，每通一次电就在工件间形成一个焊点。连 续通电，在工件间便出现相互重叠的焊点，从 而形成连续的焊缝。 亦可断续通电或滚轮电极以步进式滚动时 通电获得重叠的焊点。
（3）电极与焊件之间的电阻Rcw 与Rc相比，由于铜合金电阻率比一般焊件低， 因此，Rcw比Rc更小，对熔化核的形成影响也更小。
2、焊接电流的影响 焊接电流对产热的影响比电阻和通电时间 大，它是平方正比关系，因此是必须严格控制的 重要参数。 除电流总量外，电流密度对加热也有显著 影响。 1）增大电极接触面积或凸焊时凸点尺寸过 大，都会降低电流密度和焊接热量，从而使接头 强度下降。 2）电流密度过大，将导致焊缝金属飞溅， 形成空腔、焊缝开裂及力学性能降低。
焊接区的温度场是产热与散热的综合结果。 由于电极散热作用，故熔核沿轴向成长速 度慢于径向成长速度，故呈椭球状。
缝焊的温度分布：与点焊略有不同，由于熔 核不断形成，对已焊部位起到后热作用，对未焊 部位起到预热作用，故温度分布要比点焊平均。 又因已焊部位有分流加热以及盘状电极离开 后散热条件变坏，故温度分布沿工件前进方向前 后不对称，刚从盘状电极下离开的一方温度较高。 焊接速度越大，这种不对称性越明显。 采用强条件(即硬规范)或步进式缝焊，能改 善此现象，已接近点焊的温度分布。 温度分布曲线越平坦，接头热影响区越大， 工件表面易过热，电极越易磨损。因此，在焊接 功率允许条件下宜用强条件焊接。
四、焊接电流的种类和适用范围
交流电（主要用于厚板的焊接 ）和直流 电（主要用于需要大电流的场合 ）都可用于点 焊、缝焊和凸焊，其适用范围有所不同。
五、金属电阻焊时的焊接性
评定金属电阻焊是焊接性的主要依据如下： （1）材料的导电性和导热性 （2）材料的高温强度 （3）材料的塑性温度范围 （4）材料对热循环的敏感性 （5）熔点高、线膨胀系数大、易形成致密氧化膜 的金属，其焊接性也比较差。
（2）滚对焊 是一种特殊的对焊方法，它与某些成形 工艺相配合适用于制造焊接钢管。
三、电阻焊的特点
1、优点： （1）两金属是在压力下从内部加热完成焊接的， 无论是焊点的形成过程或结合面的形成过程， 其冶金问题都很简单。因此，焊接时无需焊剂 或气体保护，也不需使用焊丝、焊条等填充金 属，便可获得质量较好的焊接接头，其焊接成 本低。 （2）由于热量集中，加热时间短，故热影响区小， 变形和应力也小。通常焊后不必考虑矫正或热 处理工序。
缝焊接头也须是搭接，由于焊缝是焊点的 连续，所以用于焊接要求气密或液密的薄壁容 器，如油箱、水箱、暖气包、火焰筒等。
3、凸焊
是点焊的一种变型。 焊接前首先在一个工件上预制凸点(或凸环 等)，焊接时在电极压力下电流集中从凸点通过， 电流密度很大，凸点很快被加热、变形和熔化而 形成焊点。凸焊在接头上一次可焊成一个或多个 焊点。
四、电阻焊的应用
虽然电阻焊焊件的接头形式受到一定限制， 但适用于电阻焊的构建仍然非常广泛。 电阻焊所适用的材料也非常广泛，不但可 以焊低碳钢，还可以焊接其他各种合金钢及铝、 铜等有色金属及其合金。 电阻焊发明于19世纪末期（1885年），目 前已在航空、航天领域、汽车工业、家用电器 的生产中得到广泛应用。电子技术的发展又为 电阻焊向自动化发展提供了坚实的技术基础。
二、热平衡与温度分布
点焊时，焊接所产生的热量一部分用来加 热焊接区金属形成足够尺寸的熔核，另一部分 用来补偿向周围物质传导、辐射的热损失，以 形成焊接过程的动态热平衡。 平衡方程式如下： Q=Q1+Q2
1）有效热量Q1：主要取决于金属的热物理性 能以及熔化的金属量，而与其它的焊接参数无关。 Q1 =（10%～30%）Q，电阻率低、散热能力 强的金属取低限；电阻率高、导热性差的金属取高 限。 2）损失的热量Q2：主要包括电极传导的热 量和经焊件传导的热量，辐射到空气中的热量只占 很少的一部分。 经电极传导的热损失一般占总热量的30%～ 50%，是热量损失最多的部分。这部分热损失与电 极材料、形状及冷却条件有关，也和焊接条件有关， 用强条件比弱条件焊接的热损失少。由焊件表面辐 射的热损失很小，一般不超过总热量的5%。
（2）焊缝致密 一般电弧焊的焊缝是在常压下凝固结晶 的； 电阻焊的焊缝是在有外界压力的作用下 凝固结晶的，具有锻压的特征，属于压焊范 畴，所以比较容易避免产生缩孔、疏松和裂 缝等缺陷，从而获得致密焊缝。
二、电阻焊的分类
1、点焊
两工件由棒状铜合金电极压紧后通电加热， 在工件之间生成椭球状的熔化核心，切断电流 后该核心冷凝而形成熔核，它便成为连接两工 件的点状焊缝。 分类： 按供电方式不同：单面点焊（只从工件一侧供 电）和双面点焊（从工件两侧供电）； 按一次形成焊点的数量：单点焊和多点焊（使 用两对以上的电极，在同一工序上完成多个焊 点的焊接 ）。 单脉冲焊（每一个焊点需要一次连续通电完成 焊接）和多脉冲焊（多次通电完成焊接）。
4、对焊
对焊一般按加压及通电方式的不同可分为： 电阻对焊 闪光对焊 滚对焊 （1）电阻对焊与闪光对焊均是基本的对焊方 法。焊接时把焊件分别夹持在两对夹具之间，将 焊件的两端面对准，并在接触处通电加热进行焊 接。
电阻对焊与闪光对焊的区别： 操作方法不同，电阻对焊是焊件对正加压 后再通电加热；而闪光对焊则是先向焊件通电， 而后使焊件接触建立闪光过程进行加热。
三、焊接循环
点焊和凸焊的焊接循环由4个基本阶段组成： 预压 通电 维持 休止
1）点焊和凸焊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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 或因压力前后不一致，影响加热，造成焊点强 度的波动。 2）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。