点焊生产与质量控制

点焊时的电阻及加热
一、点焊时的电阻
Rew Rw
Rc
Rw Rew
380VAC
R Rc 2Rew 2Rw
Q 0.24 i2 (t) r(t) dt
1. 接触电阻
1）形成原因：焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。
接触电阻形成原因示意图
2)影响因素： （1)表面状态
a) 清理方法 b) 存放时间
在热和机械力联合作用下，形成塑性环 和熔核，直到熔核长到所要求尺寸.
3. 冷却结晶阶段
1)机电特点： Ｆ＞０，Ｉ=０
2)作用： 保证熔核在压力状态下进行冷却结晶，
(2)压力
接
触
“滞后”效应
电
阻
(3)温度
c) 表面粗糙度 电极压力
2. 焊件内部电阻
1) 几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件 接触面为底，焊件厚度为高的圆柱体体积
R
R1
R2
R 等于 R1与 R2 并联值
2）边缘效应与绕流现象
边缘效应：在点焊过程中，当电流流过焊件时， 电流将从板的中部向边缘扩展，使整个焊件的 电流场呈双鼓形。
1. 预压阶段
1）机电特点：
Ｆ＞０，Ｉ=０
2）作用：
减少接触电阻，增大导电截面，增加物理接触点， 为以后焊接电流顺利通过创造条件；
此外，在压力作用下，金属挤向间隙所引起的塑 性变形，有助于在熔核四周形成密封熔核的环带 (密封环)。
预压时，电极压力的应力分布
2. 通电加热阶段
1)机电特点： Ｆ＞０，Ｉ＞０ 2)作用：
h
2）焊透率 A(%)
A h 100%
c
d
A 30 ~ 70%
3）压痕 c 5~20%
c

2. 对点焊质量的要求
1）多数金属材料（如低碳钢等）对焊接热循 环不敏感，焊接区的组织无显著变化，也不易 产生组织缺陷，其点焊接头强度主要与熔核尺 寸有关；
2）少数金属材料（如可淬硬钢等）对焊接热 循环极为敏感，当点焊工艺不当时，接头由于 被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低。这时， 尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。 其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸，而且与 熔核及热影响区的组织及缺陷有关。
三、分类
1. 按焊接电流波形分
交流
工频 50或60Hz 低频 3~10Hz 高频 2.5kHz~450kHz
电容储能 脉冲
直流冲击波
2. 按工艺特点分
双面单点
单面双点
单面单点
四、对点焊质量的要求
1. 熔核尺寸的几个基本概念
1）熔核直径 d (mm)
或 d 2 3
d 5
板厚
电阻点焊生产与 质量控制
哈尔滨工业大学现代焊接生产技术 国家重点实验室 李冬青
电阻点焊的原理
概述
一、定义 焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，
利用电流通过焊件时产生的电阻热，熔化母材金 属，冷却后形成焊点，这种电阻焊方法称为点焊。
二、特点 1. 靠尺寸不大的熔核连接； 2. 在大电流、短时间的条件下焊接； 3. 在热和机械力联合作用下形成焊点。
1）接触电阻：产热5~10%
作用：接触电阻产热对建立焊接初期的温度场 及焊接电流的均匀化流过起重要作用
2）内部电阻：90~9Leabharlann Baidu%
作用：这部分热量是形核的基础，与电流场共 同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。
2. 电流场分布对点焊加热的影响
点焊时的电场 其中电流线的含义是在它所限定的范围内的 电流占总电流的百分数，例如，80％的电流线是 指它限定的范围内通过的电流占总电流的80％。
电阻点焊工艺
点焊过程分析
一、焊接循环 1. 定义：在电阻焊接过程中，完成一个焊点或焊 缝所需要的全部过程或全部阶段 2. 点焊的基本焊接循环
F，I
加压 通电焊接 维持 休止 加压
3. 复杂的点焊焊接循环
F，I
Fu
Fp
Fw
I1
I2
I3
二、点焊接头形成过程
点焊接头形成的三个阶段
a) 预压 b) 、c)通电加热 d)冷却结晶
次是工件热传导20%，对流辐射占5%，与电
极形状，材料物理性质，焊接规范均有关.
5. 点焊热源的特点
1) 电阻焊热源产生于焊件内部，与熔化焊时的 外部热源相比，对焊接区的加热更为迅速、集中。
2) 内部热源使整个焊接区发热，为获得合理的 温度分布（例如，点焊时应使焊件贴合面处温度 高，而表面温度低），散热作用在电阻点焊的加 热中具有重要意义。
低碳钢动态电阻曲线
动态电阻
85
1---6.30kA
80
2---6.48kA
3---6.88kA
75
4---8.38kA
70
65
60
55
50
45 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
焊接通电时间 (Cycle)
不同焊接电流时动态电阻曲线
二、点焊时的加热特点 1. 电阻对点焊加热的影响
原因：焊件的横截面积远大于焊件与电极间的 横截面积 。
绕流效应：由于焊接区温度不均匀，促使电 流线从中间向四周扩散的现象。
3）影响因素：
综上所述，边缘效应、绕流现象，均使点焊 时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接 触面为底的圆柱体内，而要向外有所扩展，因而 使悍件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。 凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。 这些因素可归纳为；
（1）金属材料的热物理性质
（2）机械性能
（3）点焊规范参数及特征
（4）焊件厚度等。
3. 焊接区的总电阻
点焊过程中，焊件—焊件和电极—电极的接 触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化，因 此，引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过 程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强 调的是，由于材料性能的不同，不同金属材料在 加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大 。
3)不均匀的温度场
4. 点焊的热平衡
Q Q1 Q2
Q1 熔化母材金属形成熔核的热量，占总产热量
的10~30%，其大小取决于金属热物理性质 、 熔核大小（熔化金属量），与规范特征无关。
Q2

由散热而损失的热量，占总产热量的70~90%。 散热途径：工件热传导，对流，辐射。最主
要是电极散热，占30~50%（铜电极水冷）其
1)集中加热
点焊时，电流线在两焊件的贴合面 处要产生集中收缩，其结果就使贴合面 处产生了集中加热效果，而该处正是点 焊时所需要连接的部位．
2)塑性环
贴合面的 边缘电流密度 出现峰值，该 处加热强度最 大，因而将首 先出现密封的 塑性连接区， 此密封环对保 证熔核的正常 生长，防止氧 化和飞溅的产 生有利。