点焊工艺基础知识

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各工艺参数之间的关系
► 实际上点焊过程上述各工艺参数间并非孤立变化,常常变动其中一个参数会引起另一个参 数的改变,彼此相互制约。改变焊接电流IW、、焊接时间tW、电极力FW、电极工作面直 径de都会影响散热,而tW和FW与焊点塑性区大小有密切关系。增加IW、和tW,降低FW, 使析热增多,可以增大熔核尺寸,这时若散热不良(de小)就可能发生飞溅、过热等现象; 反之,则熔核尺寸小,甚至出现未焊透。
❖ 低碳钢和低合金钢在大气中耐腐蚀能力弱,在运输、存放和加工过程中 常用抗蚀油保护,若涂油表面未被脏物或其他不良导电材料所污染,在 电极压力下,油膜很容易被挤开,不影响接头质量。对未经酸洗过的热 轧钢板,焊前必须用喷砂、喷丸或用化学腐蚀的方法清除氧化皮。有镀 层的钢板,除少数外,一般不用特殊清理就可以进行焊接。镀铝钢板则 需要用钢丝刷或化学腐蚀清理。
电极功能:传输电流、传递压力 和迅速散热
点焊电极功能
a.传输电流:点焊时焊接电流靠电极传输,流 过电极工作面的电流密度很大。
点焊时的电流密度是常用导线电流密度的数十 到数百倍,已超过一般导线所能承受能力。
点焊电极功能
• b.传递压力:点焊时须通过电极向焊件施加 一定的焊接压力和锻压力。按被焊材料不 同,电极压力高达几十千牛。焊接低碳钢 时其内部压强达30-140MPa,焊不锈钢时 为250-400MPa,焊高温合金时,高达400900MPa。电极工作面直接接触焊点,它承 受着焊接产生的高温,所以电极必须具有 足够的高温强度,否则会导致电极工作面 迅速变形与压溃而无法进行工作。
点焊工艺基础知识
点焊的形成
点焊过程可分为彼此相联的三个 阶段:预加压力、通电加热和锻 压。
点焊的定义
►焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过 分子或原子间的结合和扩散而连成一体的工 艺加工过程。
►电阻焊就是将工件置于两个电极之间加压, 通以电流,利用工件的电阻产生热量并形成 局部熔化,或达到塑性状态。断电后,压力 继续作用,形成牢固接头。
不同厚度焊接
当材料相同而厚度不等的焊件点焊时, 若用相同尺寸的电极,则由于接合面 与强烈散热的两电极距离不同,使上、 下两焊件散热条件不同,所以其温度 场分布不对称,熔核偏向厚板侧
偏移结果使接合面上熔核尺寸小于核 心最大尺寸,降低了焊点强度,严重 时会造成未焊合。产生熔核偏移现象, 随两焊件厚度比增大而加剧,焊接条 件(规范)越软,其散热作用越强, 偏移也越大。
影响分流的因素很多,零件材料、结构、点距、表面和装 配质量等都能影响分流的大小。实质上分流的大小是取决 于焊接区的总电阻与分路阻抗之比,分路阻抗越小,则分 流就越大,
减少分流
选择合适的点距:为了减小分流,通常按焊件材料的电阻率和厚 度规定点距的最小值。材料的电阻率越小,板厚越大,焊件层数 越多,则分流越大,所允许的最小点距也应增大。
点焊工艺参数—焊接时间
焊接时间是指电流脉冲持续时间,它既影响析热又影 响散热。在规定焊接时间内,焊接区析出的热量除部 分散失外,将逐渐积累,用于加热焊接区使熔核逐渐 扩大到所需的尺寸。所以焊接时间对熔核尺寸的影响 也与焊接电流的影响基本相似,焊接时间增加,熔核 尺寸随之扩大,但过长的焊接时间就会引起焊接区过 热、飞溅和搭边压溃等。通常是按焊件材料的物理性 能、厚度、装配精度、焊机容量、焊前表面状态及对 焊接质量的要求等确定通电时间长短。
► 弱条件是焊接电流小而焊接时间长。其效果是加热速度慢、焊接区温度分布平缓、塑性区 宽,在压力作用下易变形。因此,对于焊机功率不足,工件厚度大,变形困难或易淬火的 材料,采用弱条件焊接是有利的。
► 根据不同金属材料或结构对焊接质量的要求,工艺参数的调节是多种多样的。在点焊所有 工艺参数中,焊接电流和通电时间是影响焊接区温度的主要参数,通过改变焊接电流的脉 冲次数、幅值大小和通断时间的长短,就可以在焊接区获得不同温度变化过程,以达到顺 利焊接不同材质和不同厚度的焊件的目的。
点焊工艺参数—电极力
电极力对焊点形成有着双重作用。它既影响焊点的接触电阻, 即影响热源的强度与分布;又影响电极散热的效果和焊接区 塑性变形及核心的致密程度。当其它参数不变时,增大电极 力,则接触电阻减小,散热加强,因而总热量减少,熔核尺 寸减小,特别焊透率降低很快,甚至没焊透;若电极力过小, 则板间接触不良,其接触电阻虽大却不稳定,甚至出现飞溅 和烧穿等缺陷。
点焊的三个阶段—预压
预加电极压力是为了使焊件在焊接处紧密 接触。若压力不足,则接触电阻过大,导 致焊件烧穿或将电极工作面烧损。因此, 通电前电极力应达到预定值,以保证电极 与焊件、焊件与焊件之间的接触电阻保持 稳定。
点焊三个阶段—通电加热
通电加热是为了供焊件之间形成所需的熔化核心。在预加 电极压力下通电,则在两电极接触表面之间的金属圆柱体 内有最大的电流密度,靠焊件之间的接触电阻和焊件自身 的电阻,产生相当大的热量,温度也很高。尤其是在焊件 之间的接触面处,首先熔化,形成熔化核心。电极与焊件 之间的接触电阻也产生热量,但大部分被水冷的铜合金电 极带走,于是电极与焊件之间接触处的温度远比焊件之间 接触处为低。正常情况下是达不到熔化温度。在圆柱体周 围的金属因电流密度小,温度不高,其中靠近熔化核心的 金属温度较高,达到塑性状态,在压力作用下发生焊接, 形成一个塑性金属环,紧密地包围着熔化核心,不使熔化 金属向外溢出。
点焊工艺参数—电流
▪ 焊接电流是影响析热的主要因素,析热量与电流 的平方成正比。随着焊接电流增大,熔核的尺寸 或焊透率A是增加的。在正常情况下,焊接区的 电流密度应有一个合理的上、下限。低于下限时, 热量过小,不能形成熔核;高于上限,加热速度 过快,会发生飞溅,使焊点质量下降。但是,当 电极力增大时,产生飞溅的焊接电流上限值也增 大。在生产中当电极力给定时,通过调节焊接电 流,使其稍低于飞溅电流值,便可获得最大的点 焊强度。
❖ 不锈钢、高温合金点焊时,需保持焊件表面高度清洁,若有油、尘土、 油漆物存在,有增加硫脆化可能,需用抛光、喷丸或化学腐蚀方法清理。 对重要焊件有时用电解抛光,但其工艺较复杂,生产率低。
点焊工艺参数
点焊的工艺参数主要有焊接电流I、 焊接时间t、电极力F 和电极工作 面尺寸d等。
它们之间密切相关,而且可在相 当大的范围内变化来控制焊点的 质量。
其它特殊措施:分流对单面双点焊影响较大,见图7 b。对于厚度 相等的焊件,因分路阻抗小于焊接区的总电阻,故分流大于焊接 区通过的电流。为了减小分流,通常在焊件下面衬以导电金属板, 见图8 a,使IW=I1+I2≥I1;对于厚度不同或材料不同的焊件,应尽 量将两电极放在分路电阻较大的一侧,即放在较薄板件或导电性 差的材料的一侧。
在通电加热过程中有两种情况可能引起飞溅:一种是开始 时电极预压力过小,熔化核心周围未形成塑性金属环而向 外飞溅;另一种是加热结束时,因加热进间过长,熔化核 心过大,电极压力下,塑性金属环发生崩溃,熔化金属从 焊件之间或焊件表面溢出
点焊三个阶段—锻压
❖ 锻压是在切断焊接电流后,电极继续对焊点挤压的过程,对 焊点起着压实作用。断电后,熔化核心是在封闭的金属“壳” 内开始冷却结晶的,收缩不自由。如果此时没有压力作用, 焊点易出现缩孔和裂纹,影响焊点强度。如果有电极挤压, 产生的挤压变形使熔核收缩自由并变得密实。因此,电极压 力必须在断电后继续维持到熔核金属全部凝固之后才能解除
由于电极力对焊接区金属塑性环的形成,对消除焊点的内、 外缺陷和改善金属组织有较大的作用。因此,在一般情况下, 若焊机容量足够大,就可以采取增大电极力的同时,相应地 也增大焊接电流,以提高焊接质量的稳定性。
点Hale Waihona Puke Baidu工艺参数—电极形状等
电极端面和电极本体的结构形状、尺寸及其冷却条件 影响着熔核几何尺寸与焊点强度。对于常用的圆锥形 电极,其电极体越大,电极头的圆锥角α越大,则散 热越好。但α角过大,其端面不断受热磨损后,电极 工作面直径de迅速增大;若α过小,则散热条件差, 电极表面温度高,更易变形磨损。为了提高点焊质量 的稳定性,要求焊接过程电极工作面直径de变化尽可 能小。为此,α角一般在90°-140°范围内选取;对 于球面形电极,因头部体积大,与焊件接触面扩大, 电流密度降低及散热能力加强,其结果是焊透率会降 低,熔核直径会减小。但焊件表面的压痕浅,且为圆 滑地过度,不会引起大的应力集中;而且焊接区的电 流密度与电极力分布均匀,焊点质量易保持稳定;此 外,上、下电极安装时对中要求低,稍有偏斜,对焊 点质量影响小。显然,焊接热导率低的金属,如不锈 钢焊接,宜使用电极工作面较大的球面或弧面形电 极。
点焊电极功能
• c.散热作用:点焊时,焊接区的大部分热量
是从上、下电极传导而散失,被焊板件越 薄,其散失的热量就越多。焊接厚度为 1mm的低碳钢,电极散走的热量约占输入 点总热量的70%-80%。
复合电极
▪ 把钨(钼)棒或钨(钼)片镶嵌于铜合金电极的头部构
成复合电极,可提高电极的导电性,改善钨极的 散热效果。此外,可以防止钨极在焊接时受冲击 而碎裂。
如何保证强度
提高接触面上的电流密度,增强发热,在薄件或零件上预 制凸点,或在接触面上放工艺垫片,使接触面上电流密度 增大,析热集中于接触面附近,从而使熔核形成在接合面 上。垫片材料、厚度由薄件厚度和材质而定,一般用厚为 0.2-0.3mm的箔片。导热性差而熔点较高的不锈钢箔可用 于焊接铜或铝合金;坡莫合金箔片可用于焊耐热合金。
▪ 由于用纯钨(钼)作电极的镶嵌件,其尺寸受到
限制而不能做得过大,且电极形式有限。因此, 用得较多的是铜-钨和银-钨粉末烧结材料,可加 工成不同形状和尺寸的电极。这些钨(钼)镶嵌 件或烧结材料均用钎焊焊于电极主体的头部。
点焊工艺—前处理
❖ 当焊件表面有油污、水分、油漆、氧化膜及其它脏物时,使表面接触电 阻急剧增大,且在很大范围内波动,直接影响到焊接质量的稳定。为保 证接头质量稳定,点焊(也包括凸焊)前必须对工件表面进行清理。清 理方法分机械清理和化学清理两种,前者有喷砂、喷丸、刷光、抛光、 磨光等,后者常用的是酸洗或其它化学药品。主要是将金属表面的锈皮、 油污、氧化膜、脏物溶解和剥蚀掉。这两种清理方法一般是根据焊件材 料、供应状态、结构形状与尺寸、生产规模、生产条件及对焊接质量要 求等因素选定。
焊前清理焊件表面:表面上存在有氧化膜、油垢等脏物时,焊接 区总电阻增大,使分流增大。
提高装配质量:待焊处装配间隙大,其电阻增加,使分流增大。 因此,结构刚性较大或多层板进行组装时,应提高装配质量,尽 量减小装配间隙。
适当增大焊接电流,以补偿分流的影响:由于结构设计需要或其 它原因,分流不可避免时。为了保证熔核具有足够几何尺寸,应 加大焊接电流。以补偿分流的损失。例如,焊接不锈钢与高温合 金连续点焊时,采用比正常点焊的焊接电流高40%-60%。
► 增加IW、和tW,都使熔核尺寸和焊透率增大,提高焊点的抗剪强度。如果对这两个工艺 参数进行不同的配合调节,就会得出加热速度快慢不同的两种焊接条件,即强条件(规 范)。
► 强条件是焊接电流大、焊接时间短。其效果是加热速度快、焊接区温度分布陡、加热区窄、 接头表面质量好,过热组织少,接头的综合性能好,生产率高。因此,只要焊机功率允许, 各工艺参数控制精确,均应采用。但由于加热速度快,这就要求加大电极力和散热条件与 之配合,否则易出现飞溅等缺陷。
❖ 当焊件厚度较大,(铝合金为1.6-2mm,钢板为5-6mm)时, 因熔核周围金属壳较厚,常需增加锻压力。加大压力的时间须 控制好。过早,会把熔化金属挤出来变成飞溅,过晚,熔化 金属已凝固而失去作用。一般断电后在0-0.2秒内加大锻压力。
点焊电极
是点焊机中重要但又易损耗的零 件,它的材质、结构形状直接影 响焊接质量、生产成本和劳动生 产率,也对自身使用寿命有影响
分流
焊接时不能过焊接区而流经焊件其它部分的电流为分流。 同一焊件上已焊的焊点对正在焊的焊点就能构成分流;焊 接区外焊件间的接触点也能引起分流,见图7。
不希望产生分流现象。因为,分流使焊接区的有效电流减 小,析热不足而使熔核尺寸减少,导致焊点强度下降;分 流电流在电极-焊件接触面一侧集中过密,将因局部过热 造成飞溅、烧伤焊件或电极、熔核偏斜等;由于形成分流 的偶然因素很多,使得焊接电流不稳定,从而焊接质量也 不稳定。
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