点焊原理

d=（4Fw/πσ d=（4Fw/πσ‘）1/2
Fw： Fw：电极压力 σ’：金属材料的压溃强度。 金属材料的压溃强度。
点焊加热过程中，焊接区形态及温度处于变化， 点焊加热过程中，焊接区形态及温度处于变化，2Rw 也处于变化中，只有在加热临近终了时（ 也处于变化中，只有在加热临近终了时（焊接电流场和 温度场进入准稳定），2Rw趋于一个稳定的数值2R‘ 温度场进入准稳定），2Rw趋于一个稳定的数值2R‘w。 ），2Rw趋于一个稳定的数值2R
再次下降段： 再次下降段： 原因：绕流现象使焊接区ρ增大不明显， 原因：绕流现象使焊接区ρ增大不明显，但绕流使导电通路截 面增大， 面增大，同时金属加热软化使接触面积迅速增大导致边缘效 应减弱。 应减弱。 特点：曲线下降。 特点：曲线下降。 平稳段： 平稳段： 原因：焊件间间隙增大（板缝翘离），电流场、 原因：焊件间间隙增大（板缝翘离），电流场、温度场进入准 ），电流场 稳态，熔核和塑性环尺寸基本保持不变。 稳态，熔核和塑性环尺寸基本保持不变。 特点：总电阻R趋于定值2R’ 特点：总电阻R趋于定值2R’w。 2R
影响接触电阻的因素： 影响接触电阻的因素： 工件表面状态: 表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大。 工件表面状态: 表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大。 电极压力: 电极压力: 压力愈高、接触电阻愈小。 压力愈高、接触电阻愈小。 压力增大后又减小， 压力增大后又减小，塑性变形使接触点数目和接触面积 不能恢复，出现滞后现象。 不能恢复，出现滞后现象。 焊前预热: 焊前预热: 焊前预热将会使接触电阻大大下降。 焊前预热将会使接触电阻大大下降。 异种材料相接触， 异种材料相接触，其接触电阻取决于较软的材料 相接触
2R‘ 2R‘w即为金属材料点焊断电时刻焊件内部电 阻的平均值，可进行估算： 阻的平均值，可进行估算： 2R‘w=K1K2（ ρ1+ ρ2） δ/(πd2/4） ）
ρ1、ρ2—T1、T2时的电阻率 点焊钢： =1200℃、 点焊钢： T1=1200℃、T2=1500℃
2R‘ 的现实意义： 2R‘w的现实意义： R=K×2R‘ R=K×2R‘w R—焊接区总电阻的平均值 K—电阻在点焊加热过程中发生变化的系数 K与材料有关： 与材料有关： 低碳钢、低合金钢：K=1.0-1.1 低碳钢、低合金钢：K=1.0不锈钢、钛合金：K=1.1不锈钢、钛合金：K=1.1-1.2 铝合金、镁合金：K=1.2铝合金、镁合金：K=1.2-1.4 当焊接回路感抗较小时，焊接区总电阻对焊接电流 当焊接回路感抗较小时， 影响很大，焊机设计时必须准确把握， 影响很大，焊机设计时必须准确把握，否则将引起实际焊 接电流与设计焊接电流之间巨大的误差。 接电流与设计焊接电流之间巨大的误差。
估算： 估算： /4） 2Rw=K1K2ρT2δ/（πd2/4）
K1：边缘效应引起电流场扩展的系数，其值：d/δ=3-5时，K1=0.82-0.84； 边缘效应引起电流场扩展的系数，其值：d/δ=3=0.82-0.84； 绕流现象引起电流场扩展的系数，与不均匀加热程度相关， 0.8-0.9； K2：绕流现象引起电流场扩展的系数，与不均匀加热程度相关，为0.8-0.9； 硬规范取低值，软规范取高值，钢焊接时取0.85； 硬规范取低值，软规范取高值，钢焊接时取0.85； 0.85 ρT：焊接区金属电阻率，查相关曲线。 焊接区金属电阻率，查相关曲线。 δ：单个焊件的厚度 ： d：电极与焊件接触面直径 ：
2. 电阻焊
B.焊件本身电阻2 B.焊件本身电阻2Rw 焊件本身电阻 通常电阻率高的金属材料其导热性差，如不锈钢， 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) 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， 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。 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 金属的电阻率不仅取决于金属的成分， 态及温度，随着温度的升高电阻率增大， 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 熔化前高1～2倍。 在焊接时，随着温度的升高， 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、 升高外， 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 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， 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。 Rw逐渐增加 焊件的电阻Rw逐渐增加，当熔核形成时又逐渐降低。
3、点焊时的热平衡
点焊时， 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， 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。 形成焊接过程的动态热平衡。 平衡方程式如下： 平衡方程式如下：
由于“边缘效应” 由于“边缘效应”，产生电阻的面积大于电极 与焊件接触面积； 与焊件接触面积； 产生边缘效应原因： 产生边缘效应原因： 1）电极与焊件接触面积远远小于焊件面积 点焊加热不均匀，焊接区各点温度不同， 2）点焊加热不均匀，焊接区各点温度不同，电 阻率也不同，出现绕流。 阻率也不同，出现绕流。
接触电阻大小： 接触电阻大小： 室温下可按如下经验公式计算： 室温下可按如下经验公式计算： Rc=（ Fw） Rc=（rc）‘/（Fw）α
（rc）‘：低碳钢为0.005-0.006Ω；铝合金0.001-0.002Ω 低碳钢为0.005-0.006Ω 铝合金0.001-0.002Ω 0.005 0.001
一．点焊的电阻
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Rew组成。
R=2Rw+Rc+2Rew
A.焊件间接触电阻 A.焊件间接触电阻Rc+2Rew 存在原因： 存在原因： 焊件表面氧化膜或污物层，使电流受到较大阻碍， 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。 氧化膜或污物层会导致电流不能导通。 2）焊件表面是凹凸不平的，使焊件在粗糙表面形成接触点。 焊件表面是凹凸不平的，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， 在接触点形成电流线的集中，因此增加了接触处的电阻Rc。
Fw： Fw：电极压力 α：与材料相关的指数。钢：0.65-0.75；铝合金：0.75-0.85 与材料相关的指数。 0.65-0.75；铝合金：0.75同一焊接区Rc与Rew之间关系： 同一焊接区Rc与Rew之间关系： Rc 之间关系 Rew≈0.5Rc(钢材、表面化学清洗、铜合金电极) Rew≈0.5Rc(钢材、表面化学清洗、铜合金电极) 钢材 Rew≈1/25Rc(铝合金、表面化学清洗、铜合金电极) Rew≈1/25Rc(铝合金、表面化学清洗、铜合金电极) 铝合金 Rew≈Rc(钼材、表面化学清洗、纯钨电极) Rew≈Rc(钼材、表面化学清洗、纯钨电极) 钼材
ห้องสมุดไป่ตู้
Q=Q1+Q2 Q-焊接区总析热量 Q1-有效热量 Q2-散失热量
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， ）有效热量 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。 而与其它的焊接参数无关。 点焊时Q （ 点焊时 1 =（10%～30%）Q，电阻率低、散热能力强的金属取低 ～ ） ，电阻率低、 电阻率高、导热性差的金属取高限。 限；电阻率高、导热性差的金属取高限。 2）损失的热量 2主要包括电极传导的热量、经焊件传导损失的 ）损失的热量Q 主要包括电极传导的热量、 热量、通过对流辐射到空气中的热量。 热量、通过对流辐射到空气中的热量。 经电极传导的热损失一般占总热量的30%～50%，是热量损失最 经电极传导的热损失一般占总热量的 ～ ， 多的部分。这部分热损失与电极材料、形状及冷却条件有关， 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。 接条件有关，用强条件比弱条件焊接的热损失少。 经焊件传导损失的热量占总热量的20%左右，其大小与板件厚度、 左右， 经焊件传导损失的热量占总热量的 左右 其大小与板件厚度、 材料的热物理性质、焊接参数特征有关。 材料的热物理性质、焊接参数特征有关。 由焊件表面辐射的热损失很小，一般不超过总热量的 。 由焊件表面辐射的热损失很小，一般不超过总热量的5%。 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， 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。 故熔核沿轴向成长速度慢于径向成长速度，故呈椭球状。
3. 点焊
焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间， 焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电 阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。 阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。
点焊过程
分类： 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）。 点焊的接头形式必须是搭接。 点焊的接头形式必须是搭接。
总电阻： 总电阻：
不锈钢、 不锈钢、钛合金呈单调下降 铝及铝合金加热初期迅速下 降后趋于稳定 低碳钢先后出现下降段、上 低碳钢先后出现下降段、 升段、再次下降段、 升段、再次下降段、平稳 段
下降段： 下降段： 原因： 原因：接触电阻迅速降低 特点：时间短，曲线陡降，焊接区金属未熔化但被加热。 特点：时间短，曲线陡降，焊接区金属未熔化但被加热。 上升段： 上升段： 原因：该时段有因加热导致接触面增加而使电阻减小，又有焊 原因：该时段有因加热导致接触面增加而使电阻减小， 件温度升高导致电阻率上升而使电阻增加，其中电阻率增加 件温度升高导致电阻率上升而使电阻增加， 占主导地位。 占主导地位。 特点：刚开始， 增长快，曲线上升快， 特点：刚开始， ρ增长快，曲线上升快，经过一段时间加热 增大率减小，导电接触面增加较快，总电阻R 后， ρ增大率减小，导电接触面增加较快，总电阻R增长速 率减缓，最终达到极值。 率减缓，最终达到极值。
2、电流场对加热过程影响 A、调节焊接电流有效值大小使内部热源的析热量发生显著 变化， 变化，影响加热过程 B、焊接电流在焊件内部电阻上形成的电流分布特点，使焊 焊接电流在焊件内部电阻上形成的电流分布特点， 接区各处加热强度不均匀： 接区各处加热强度不均匀：
1）点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，使贴合面处 点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩， 产生集中加热效果，该点也是点焊时所需连接的部位； 产生集中加热效果，该点也是点焊时所需连接的部位； 贴合面的边缘电流密度j出现峰值，该处加热强度最大， 2）贴合面的边缘电流密度j出现峰值，该处加热强度最大，将首先出现 塑性连接区，此封闭环对保证熔核的正常生长， 塑性连接区，此封闭环对保证熔核的正常生长，防止氧化和喷溅有 利； 点焊电流场使其加热为一不均匀加热，产生不均匀的温度场。 3）点焊电流场使其加热为一不均匀加热，产生不均匀的温度场。
二、点焊时的加热
1、电阻对加热的影响 接触电阻Rc 2Rew析热量占 析热量占Q 10%（ 接触电阻Rc + 2Rew析热量占Q的5-10%（软规范时 更小，且在焊接开始时很快降低、 更小，且在焊接开始时很快降低、消失） 作用：建立初期温度场、扩大接触面积，促进电 作用：建立初期温度场、扩大接触面积， 流场分布均匀； 流场分布均匀； 过大造成通电不正常、局部区域过热产生喷溅— 过大造成通电不正常、局部区域过热产生喷溅— 利用增大接触电阻达到降低电功率不可取。 利用增大接触电阻达到降低电功率不可取。 内部电阻2Rw析热量占Q 90-95%w， 内部电阻2Rw析热量占Q的90-95%w，是形成熔核 2Rw析热量占 的热量基础