点焊

2007-1-5
点焊
页码，9/36
m——与材料性质有关的指数（0.5～1.0范围内选取）。 研究表明，异种金属材料相接触，其接触电阻值取决于较软的材料。同时，同一焊接区的接触电阻Rc与Rew之间存在一定的关系，即
Rew≈（1/2）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱc （钢材，表面化学清洗、铜合金电极） Rew≈（1/25）Rc （铝合金，表面化学清洗、铜合金电极）
后很快降低、消失，但这部分热量对建立焊接初期的温度场、扩大接触面积、促进电流分布的均匀化是有重要作用的。
室温下的接触电阻Rc可用下列关系式表示：
式中
Rc＝r′cF-m r′c——恒定系数，F为1N时的接触电阻值，可由试验测得（Ω）；
F——电极压力或接触面承受的压力（N）；
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
（2） 焊接电流在焊件内部电阻（平均值）2Rw上所形成的电流场分布特征，将使焊接区各处加热强度不均匀，从而影响点焊的加热过 程。点焊时的电流场和电流密度分布如图10所示，具有如下特点：⑴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；⑵贴合面边缘电流密度j出现峰值，该处加热强度最大，因而将首先出现塑性连接区，可保证熔核正常生长；⑶点焊时的电 流场特征，使其加热为一不均匀热过程，焊接区内各点温度不同，即产生一不均匀温度场。通过选择不同的焊接电流波形、改变电极形状和 端面尺寸等，均可改变电流场形态并控制电流密度分布，以达到控制熔核形状及位置的目的。
ρT——焊接区金属的电阻率，是温度的函数（Ω·mm）； δ——单个焊件的厚度（mm）； d——电极与焊件接触面直径（mm）。 影响内部电阻2Rw的因素可归纳为：金属材料的热物理性质（ρT）、力学性能（金属材料压溃强度σ′）、点焊焊接参数及特征（电极压 力F及硬、软规范）和焊件厚度（δ）等。同时，还应该指出，在点焊加热过程中焊接区这一不均匀加热的非线性空间导体，其形态和温度分 布始终处于不断变化中。因而，焊件的内部电阻2rw(瞬时值)也具有复杂的变化规律，只有在加热临近终了时（正常点焊时，减弱或切断焊接 电流的时刻），非线性空间导体的形态和温度分布才呈现暂时稳定状态，即此时焊接电流场和温度场进入准稳态，2rw趋近于一个稳定的数值 2R′w（金属材料点焊断电时刻焊件内部电阻的平均值）。 研究表明，不同的金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻r（动态值）的变化规律相差甚大（图11）。不锈钢、钛合金等材料呈单调 下降的特性；铝及铝合金在加热初期呈迅速下降后趋于稳定；而低碳钢r的变化曲线上却明显有一峰值。由于动态总电阻r标志着焊接区加热 和熔核长大的特征，可用来作为监控焊点质量的物理参量，例如在低碳钢点焊质量监控中的“动态电阻法”。
点焊
welcome to www.chinaweld.com.cn [英文版]
页码，1/36
首 页 关于我们
新闻中心
您现在的位置是：中国焊接网
焊接工艺
切割工艺
应用实例
供求信息
招聘信息
论坛
联系我们
双击自动滚屏
点焊 发布者：chinaweld 发布时间：2006-2-8 阅读：1101次
点
焊
电阻点焊（resistance spot welding），简称点焊。是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。
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
页码，6/36
图6c 枝晶继续生长，锯齿形的连续凝固层向前推进，液体向枝晶间充填，使枝晶粗化；与热流方向倾斜的枝晶束生长受阻，枝晶间 距自动调整。
更多的枝晶二次晶轴发生熔断、游离并被排挤到熔核心部；由于枝晶前沿液体金属的温度梯度逐渐变缓和溶擀浓度的不断提高，均使等 轴晶核在熔核心部增殖，个别晶核以树枝晶形态生长。
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
页码，2/36
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
页码，3/36
熔核凝固组织为全部柱状晶者，以65Mn熔核为例，其形成过程模型如图5所示。图中： 图5a 凝固前，在熔合线上（固－液相界面）有许多晶粒处于半熔化状态，显然熔核的液态金属能很好的润湿取向不同的半熔化晶粒
t——通过焊接电流的时间。
页码，7/36
2. 电流对点焊加热的影响 焊接电流是产生内部热源——电阻热的外部条件。从式（1）可知，电流对析热的影响比电阻和时间两者都大，它通过如下二个途径对 点焊的加热过程施加影响。 （1） 调节焊接电流有效值的大小会使内部热源的析热量发生显著变化，影响加热过程。另外，薄件点焊时，电流波形特征对加热效果 亦有影响。例如，根据热时间常数概念，低碳钢在0.4mm＋0.4mm以下点焊时，使用工频交流电的有效值就不如使用电流脉冲幅值更能表征加 热效果。焊接电流有效值I与其脉冲幅值IM之间有如下关系： 当电容式焊机或工频交流焊机并在全相导通下焊接时，其焊接电流脉冲幅值为
点焊是一种高速、经济的重要连接方法，适用于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。当然， 它也可焊接厚度达6mm或更厚的金属构件，但这时其综合技术经济指标将不如某些熔焊方法。
一、点焊基本原理 1．1 点焊接头的形成 电阻点焊原理和接头形成如图1所示。可简述为：将焊件3压紧在两电极2之间，施加电极压力后，阻焊变压器1向焊接区通过强大的焊接 电流，在焊件接触面上形成真实的物理接触点，并随着通电加热的进行而不断扩大。塑变能与热能使接触点的原子不断激活，消失了接触 面，继续加热形成熔化核心4，简称熔核。熔核中的液态金属在电动力作用下发生强烈搅拌，熔核内的金属成分均匀化，结合界面迅速消失。 加热停止后，核心液态金属以自由能最低的熔核边界半熔化晶粒表面为晶核开始结晶，然后沿与散热相反方向不断以枝晶形式向中间延伸。 通常熔核以柱状晶形式生长，将合金浓度较高的成分排至晶叉及枝晶前端，直至生长的枝晶相互抵住，获得牢固的金属键合，接合面消失 了，得到了柱状晶生长较充分的焊点，如图2所示。或因合金过冷条件不同，核心中心区同时形成等轴晶粒，得到柱状晶与等轴晶两种凝固组 织并存的焊点，如图3所示。同时，液态熔核周围的高温固态金属，在电极压力作用下产生塑性变形和强烈再结晶而形成塑性环①〔注：塑性 环（corona bond）熔核周围具有一定厚度的塑性金属区域称为塑性环，它也有助于点焊接头承受载荷〕，该环先于熔核形成且始终伴随着 熔核一起长大，如图4所示。它的存在可防止周围气体侵入和保证熔核液态金属不至于沿板缝向外喷溅。
焊件内部电阻2Rw的析热量约占总析热量Q的90％～95％。软规范时要大于此值，硬规范及精密点焊时可能要小于此值。焊件内部电阻是 焊接区金属材料本身所具有的电阻，该区域的体积要大于以电极与焊件接触面为底的圆柱体体积（图10a），可由下式近似确定：
2δ
2Rw＝KAρT
──── πd2/4
（5）
式中 K——考虑焊件不均匀加热系数（0.80～0.90范围内选取）； A——考虑电场不均匀性的系数（0.82～0.84范围内选取）；
不良现象，可在厚钢板、铝合金等的点焊中采用马鞍形压力变化曲线以获得低而均匀的接触电阻值，这不仅可充分利用电功率，又可取得提
高焊接质量、节约电能的双重效果。在厚钢板点焊时，若采用预热电流脉冲、调幅电流波形等点焊循环，亦可获得与采用马鞍形压力变化曲
线相同之功效，并且由于可不必增大预压电极压力而降低了设备的造价。应该指出，虽然接触电阻析热量占热源比例不大，并且在焊接开始
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
页码，5/36
图1-6a 凝固前，熔合线上许多晶粒处于半熔化状态，液态金属能很好的润湿取向不同的半熔化晶粒表面，为异质成核结晶提供了有 利条件。
图6b 液态熔核的温度开始降低，熔合线处液态金属首先处于过冷状态，结果以半熔化晶粒作底面沿<100>向（2A12-T4铝合金金属立 方晶系）长出枝晶束（枝晶束形貌见图7）。某些枝晶发生二次晶轴的熔断、游离和向熔核中心运送。
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
页码，8/36
3. 电阻对点焊加热的影响
点焊的电阻是产生内部热源——电阻热的基础，是形成焊接温度场的内在因素。研究表明，接触电阻（平均值）Rc＋2Rew的析热量约占 内部热源Q的5％～10％。软规范时可能要小于此值，硬规范及精密点焊时要大于此值。接触电阻Rc与导体真实物理接触点的分布和接触点的 面积有关，即与焊件材质、表面状态（清理方法、表面粗糙度、存放时间等）、电极压力及温度等有关。有时为避免发生粘损、初期喷溅等
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
表面，为异质成核进行结晶提供了有利条件。
页码，4/36
图5b 液态熔核的温度降低时，由于成分过冷较大，以半熔化晶粒作底面沿<100>向长出枝晶束。 在电极与母材的急冷作用下，凝固界面前形成较大的温度梯度，因而使枝晶主干伸入液体中较远，枝晶生长很快，枝晶臂间距H与冷却 速度V间存在以下关系。 一次枝晶臂间距 H1∝V-½ 二次枝晶臂间距 H2∝V-（⅓～½） 由于薄件脉冲点焊熔核尺寸小，电极与母材的急冷作用强，液体金属的冷却速度极快，因此枝晶臂的间距甚小。 图5c 枝晶继续生产、凝固层向前推进，液体向枝晶间充填。 枝晶间的液体逐渐向枝晶上凝固，使枝晶变长变粗，靠近母材处由于温度低，液体向枝晶上凝固快，以至形成连续的凝固层。由于65Mn 合金具有较宽的凝固温度范围，故凝固层呈锯齿形起状，由于晶界在凝固层内形成，这就造成柱状晶A段表面呈平坦的形貌。 越向熔核内部，温度梯度越小，液体向枝晶上凝固越少，使向前推进的凝固层界面起伏更大。 倾斜生长的枝晶束被与最大温度梯度一致的枝晶束（这类枝晶束生产较快）所阻碍而半途停止。 当一次枝晶晶臂间距过大时，则从二次枝晶晶臂上可以长出三次臂来，这个三次臂可赶上一次臂而成为其中的一个。 液体金属凝固时产生的体积收缩和毛吸现象，均引起熔核内液态金属向正在凝固的枝晶间充填。 图5d 凝固即将结束，剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙，未被液体充满的枝晶将暴露在前沿，而枝晶间将留下空隙，这些空隙 即将成为缩松。 图5e 具有缩松缺陷的熔核柱状组织断口形貌示意图。 图5f 优质接头的熔核柱状组织断口形貌示意图。 图2显示的65Mn钢点焊熔核断口形貌表明，熔核由粗大柱状晶组织组成。粗大柱状晶的内部微观结构为一枝晶束，在缩松处清晰可见。 熔核凝固组织为“柱状+等轴”晶者，以2A12-T4熔核为例，其形成过程模型如图6所示。图中：
(1)
式中 i——焊接电流的瞬时值，是时间的函数；
http://www.chinaweld.com.cn/onews.asp?id=45
2007-1-5
点焊
rc——焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间的函数； 2rcw——电极与焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间的函数； 2rw——焊件内部电阻的动态电阻值，是时间的函数；
图6d 液态金属成分过冷越来越大，大量的等轴晶核以树枝晶形态迅速长大，彼此相遇（等轴树枝状晶群形貌见图8），以及与柱状晶 的枝晶束相遇后呈现互相阻碍。
凝固即将结束，当剩余液体金属不足以完全充填枝晶间隙时，即将形成缩松缺陷。 图6e 具有缩松缺陷的熔核“柱状＋等轴”组织断口形貌示意图。 图6f 优质接头的熔核“柱状＋等轴”组织断口形貌示意图。 图3显示的铝合金点焊熔核断口形貌表明，熔核由粗大柱状晶组织和粗大等轴晶组织共同组成。粗大柱状晶的内部微观结构为一枝晶 束，粗大等轴晶的内部微观结构为若干个等轴树枝状晶紧密结成一团。 1．2 点焊的热源及加热特点 1. 点焊的热源 电阻点焊的热源是电流通过焊接区（图9）产生的电阻热。根据焦耳定律，总析热量Q为