电阻焊电极材料的研究进展

* 收稿日期： 2015 － 04 － 05 作者简介： 郭瑞鹏（ 1983 － ） ，男，河南滑县人，助理讲师，硕士，主要从事材料成型方面的研究工作。
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综述
2015 年第 3 期 （ 第 28 卷，总第 137 期）·机械研究与应用·
中弥散分布的 Al2 O3 可阻止锌向电极中扩散，从而阻 止了电极端部的合金化，减少了脆性黄铜层的形成， 降低了因铜合金电极与锌之间的粘附所造成的电极 变形和失效，提高了电极的使用寿命，可达到普通 Cr － Zr － Cu 电极的 4 ～ 10 倍。
put forward with higher requirements． Based on the research and application of resistance welding electrodes，brief review is
conducted in this paper．
Key words： dispersion strengthened copper alloy； galvanized steel sheet； coated electrode； electrode life
Abstract： Ｒesistance welding is more and more widely used at present，for resistance welding electrode is an important part
for welding quality． With the development and application of resistance welding，the performance of electrode materials is also
目前，国内虽然具备了一定的氧化物弥散强化铜 合金生产能力，但制备工艺复杂，成本较高，且与国外 同类产品相比，其性能偏低（ HＲB： 75 左右） 、后续加 工困难，目前产品主要用于微波管结构件和高压隔离 开关导电杆，电极用弥散强化铜合金材料还主要依靠 进口。因此，如何简化氧化物弥散强化铜合金的加工 流程、降低成本，同时提高产品的性能，成为国内氧化 物弥散强化铜合金研究领域亟待解决的问题。基于 目前国内电极用弥散强化铜合金发展存在的问题，一 些专家学者对此进行了大量的研究［9］。
作为新型电阻焊电极材料，氧化物弥散强化铜合 金由于导电性能良好、硬度高、抗高温软化性能好，受 到了越来越多的关注。国内外也对该材料的制备和 加工应用，做了大量的研究工作［2］。 1． 2． 1 弥散强化铜合金国外发展现状
1973 年，美国的 SCM 公司采用全新制造工艺， 推出了 Al2 O3 弥散强化铜合金材料，与传统的 Cr － Zr － Cu 电极材料相比，其软化温度高达 900℃ 。此外， Al2 O3 弥散强化铜合金还具有良好的耐磨性和导电 性，作为电阻焊电极材料进行镀锌板焊接时，铜合金
0引言
电阻焊技术诞生于 19 世纪末，因具有效率高、质 量好、成本低且易于实现自动化等优点，目前在汽车 制造、航空航天、家电制造、仪器、仪表、量具刃具等领 域，得到了广泛的应用。电阻焊电极是电阻焊中向焊 件传输焊接电流、施加焊接力并消散焊接区热量的工 具，在焊接过程中，电极在高温和高压下，不断的与工 件进行接触，这就要求电极具备较高的高温强度和硬 度、抗氧化性和良好的导电性能，但目前大量使用的 铬锆铜合金电极，软化温度低，经常会出现变形和粘 附，使用寿命较短，使用过程中要不断的进行电极的 修整和更换，在很大程度上降低了生产效率［1］。
StopＲuntime，即点击按钮退出界面。
将 HMI 触摸面板上打开 Transfer，传送才能成功。
急停按钮组态使用的是事件 － ＞ 按下 － ＞ Set-
BitWhileKeyPressed － ＞ 变 量 MCCUnit _ Emergencys-
top． estop，即在电机运行中，一旦突发情况，则按此按
2展望
随着电阻焊电极材料研究的不断深入，热稳定性 更好、寿命更长的电极材料的出现，电阻焊生产效率 将会大幅提高，电极材料的消耗也会随之降低，成本 也会相应降低。这些研究成果的出现，也将进一步推 动电阻焊在工业中的发展和应用。
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检测与控制
2015 年第 3 期 （ 第 28 卷，总第 137 期）·机械研究与应用·
·机械研究与应用· 2015 年第 3 期 （ 第 28 卷，总第 137 期）
综述
电阻焊电极材料的研究进展*
郭瑞鹏1 ，冯 毅2
（ 1． 河南化工职业学院，河南 郑州 450042； 2． 兰州工业学院，甘肃 兰州 730050）
摘 要： 目前，电阻焊在工业中的应用日益广泛，而电阻焊电极是保证焊接质量的重要零件。随着电阻焊的发展和应
向紫琪等人采用改进的内氧化法，制备了 A12 O3 弥散强化铜合金材料，通过金相观察、扫描电镜、透射 电镜、XＲD 等分析手段，以及力学性能实验，研究了 该氧化铝弥散强化铜合金的微观组织结构、高温下的 力学性能以及旋转锻造加工性能，研究结果表明，Cu － 2． 7vol． % Al203 弥散强化铜合金，在旋锻加工和中 间退火后，表现出了良好的变形能力和力学稳定性。 为高性能氧化铝弥散强化铜合金的制备和加工性能 的改善，提供了有价值的参考和依据［10］。
1 国内外电阻焊电极的研究现状
电阻焊电极是一种消耗品，目前，在电阻焊领域使 用的电极主要有 Cr － Zr － Cu 铜合金电极、氧化铝弥散 强化铜合金电极和涂层电极。其中，Cr － Zr － Cu 铜合金 电极由于本身物理化学特性优良，且性价比高，
在电阻焊领域仍有着广泛的应用。氧化铝弥散强化 铜合金电极虽然使用性能优良、寿命长，但由于其成 本较高，目前在国内尚没有得到大规模的推广应用。 涂层电极由于工艺性优良，且价格低廉，是国内外电 阻焊电极领域研究的热门方向［4］。 1． 1 Cr － Zr － Cu 铜合金电极的现状
随着氧化物弥散强化铜合金生产技术的进步、生 产成本的降低、以及性能的提高，该合金在电极材料 方面的应用也会越来越广，在目前广泛应用的镀锌板 焊接中，也将会得到更广泛的推广和应用。 1． 3 涂层电极
除氧化物弥散强化铜合金电极外，涂层电极也是 目前电阻焊电极研究中的重点内容。焊接时，由于涂 层电极使用电流比普通电极小，且焊接时间短，降低 了电能消耗，电极寿命也较长，因而不需要对电极频 繁进行修磨和更换。由于涂层电极极高的性价比，将 使其成为电阻焊电极应用领域的发展趋势。
近年来，由于汽车工业蓬勃发展，具有优良耐蚀 性的镀锌板得到了越来越多的应用，但是镀锌板在焊 接时，由于锌会固溶于电极中，造成电极与焊件的粘 连，会严重影响电阻焊的质量和效率［2 － 3］。
基于电阻焊电极在焊接过程中存在的问题，研究 热稳定性更好、寿命更长的电极，成为了电阻焊研究 领域亟待解决的问题。
美国先后研发并生产了多个牌号的氧化物弥 散强 化 铜 合 金 产 品，现 在 已 经 纳 入 ASTM 标 准。 日本在该领 域 也 进 行 了 大 量 的 研 究，并 开 发 生 产 了商品名 为 DEMIＲAS 的 氧 化 物 弥 散 强 化 铜 合 金 电极材 料，并 将 其 纳 入 日 本 的 JIS 标 准［5 － 6］。 目 前，美国、法国、日 本 等 国 已 经 实 现 了 弥 散 强 化 铜 合金的规模化生产，作为 电 极 材 料，在 电 阻 焊 领 域 得到了广泛的应用。 1． 2． 2 弥散强化铜合金国内发展现状
Cr － Zr － Cu 铜合金电极焊接镀锌板时存在易粘 连、寿命短等问题，吴志生等人利用深冷技术对其进 行了处理，深冷处理后的电极基体致密性、导电导热 能力得到了提高，焊接时产热减少，降低了铜锌的合 金化倾向，减少了焊接飞溅，电极寿命最高可达到未 处理电极的 4 倍左右。但深冷技术处理铜合金电极 成本较高，因此，实际推广应用还存在较大困难［4］。 1． 2 弥散强化铜合金在国内外的发展现状
目前，国 内 通 过 在 Cr － Zr － Cu 电 极 表 面 熔 敷 TiC 层，使电极寿命提高至普通电极的 2． 5 倍，但应 用中存在涂层与电极之间存在粘合不牢、易脱落等问 题［5］。沈乔等人研究了电极表面的多涂层沉积工艺 及其对涂层质量的影响，获得了涂层沉积的最佳工艺 参数，制得的涂层电极硬度大大高于普通的 Cr － Zr － Cu 电极，且涂层质量好、无缺陷，使电极寿命得到 了很大的提高［11］。
GUO Ｒui － peng1 ，FENG Yi2
（ 1． Henan Vocational College of Chemical Technology，Zhengzhou Henan 450042，China；
2． Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou Gansu 730050，China）
Baidu Nhomakorabea
＞ InvertBit － ＞ 变量 MCCUnit_path． path_liner1，即实 现按下按钮变量置为 1，再按下变量置为 0。
图 7 插补样例界面
插补开始按钮组态使用的是事件 － ＞ 按下 － ＞ InvertBit － ＞ 变量 MCCUnit_path． path_start； 直线插补 0 按钮下方的“X、Y”数值显示 I / O 域组态使用的是 类型模式 － ＞ 输入，过程变量分别为 MCCUnit_path． xend、MCCUnit _ path． yend； 直线插补 0 按钮下方的 “V”数值显示 I / O 域组态使用的是类型模式 － ＞ 输 入，过程变量为 MCCUnit_path． v； 剩下的 I / O 域组态 过程都一样，所使用的过程变量不一样，即对应插补 顺序即可，这里就不详细列举了。
钮，则全部停止操作。（ 需要重新下载一遍程序） 。
回到绝对零点按钮组态使用的是事件 － ＞ 按下 －
＞ SetBitWhileKeyPressed － ＞ 变量 MCCUnit _path． hom-
ing，即按一下此按钮，XY 轴就运动到绝对零点处。
直线插补 0 按钮组态使用的是事件 － ＞ 按下 －
曹先杰等人通过内氧化法制得了 Cu － 0． 58wt% 高铝弥散铜合金，并研究了不同加工方法对合金组织 与性能的影响。研究结果表明，该铜合金具有很好的 抗高温软化能力，软化温度超过 1000℃ 。加工时的
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加压温度对其性能有着较大的影响，较适宜的后续加 工方法是冷模锻［9］。
黄劲松等人经过研究，开发出了低成本的 ODS 弥散强化铜合金生产技术，不但有效提高了铜合金的 密度，同时也解决了其尺寸受限的问题，目前，可半连 续生产，所生产坯料可达吨计，制备成本可控制在 3 万元 / 吨以内［2］。
王涛等人采用电火花沉积技术，在 Cr － Zr － Cu 电极上沉积了 Ni / 金属陶瓷涂层，制得了双涂层的电 极，改善了涂层与基体的结合性能，致密度和韧性也 得到了提高，通过验证，对电极寿命进行了综合评定。 研究表明，在镀锌板焊接时，涂层可限制锌与电极之 间的合金化，提高了电极的抗塑性变形能力，使涂层 电极的寿命可达到普通电极寿命的 2． 5 倍以上。同 时，还获得了 0． 8 mm 厚镀锌板的最佳焊接工艺参 数。目前该涂层电极已经在通用、大众等汽车制造企 业的生产 线 上 进 行 了 试 验，效 果 良 好［4］。 随 着 涂 层 韧性和致密度、以及与电极表面结合性能等问题的解 决，具有优良性能和极高性价比的涂层电极也会在电 阻焊应用领域得到越来越多的应用。
从 20 世纪 60 年代开始，国内的一些高校和科研 院所先后进行了氧化物弥散强化铜合金的研究工作， 中铝洛阳铜业有限公司最先开展了氧化物弥散强化 铜合金的研制，并在 90 年代建立了国内第一条小规 模生产线，目前已具备年产 50 t 以上的生产能力。昆 明贵金属研究所经过多年的研究开发，已率先采用粉 末冶金的方法成功制备出弥散强化铜合金，并制定了 规模化生产的工艺路线，产品具有较高的导热性和导 电性，热稳定性良好［7 － 8］。
用，对电极材料的性能也提出了更高的要求。针对各种电阻焊电极的研究进展和应用，做了简要的综述。
关键词： 弥散强化铜合金； 镀锌钢板； 涂层电极； 电极寿命
中图分类号： TG42
文献标志码： A
文章编号： 1007 － 4414（ 2015） 03 － 0189 － 02
Ｒesearch Progress of Electrode Materials for Ｒesistance Welding