电阻焊

电阻焊的加热

电阻焊过程的物理本质，是利用焊接区本身的电阻热和大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、焊缝或是对接接头。因此，电阻焊接头是在热-机械（力）联合作用下形成的。而电阻焊时的加热，是建立焊接温度场、促进焊接区塑性变形和获得优质连接的基本条件。一、电阻点焊的加热

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。1.1.电阻点焊的热源电阻点焊的热源电阻点焊的热源是电流通过焊接区（图 1）产生的电阻热。根据焦耳定律，总热量Q 为 Q ＝I 2Rt R ＝R c ＋2R ew ＋2R w

式中 I ──焊接电流； R c ──焊件间接触电阻；

2R ew ──电极与焊件间接触电阻；

2R w ──焊件内部电阻； t──通过焊接电流的时间。

（1）R ew 上产生的热量 在R ew 产生的热量与各自材料的热导率分配给电极和焊件成正比。通常点焊时，电极采用高热导率的铜合金，焊件则为低热导率的被焊金属，因此分配给焊件的这部分热量对焊件的加热贡献甚微，可以忽略。（2）R w 上产生的热量 焊件的电阻R w 就是电流流经两电极直径所限定的金属圆柱体的电阻，该与

焊件厚度、材料的电阻率成正比，与电极与焊件间接触面的直径平方成反比。（3）R c 上产生的热量 接触电阻R c 大小与电极压力、材料性质、表面状态及温度有关。随着电极压力增大，焊件表面凸点被压溃，氧化膜也被破坏，接触点数量和面积随之增加，接触电阻相应减小。2.2.熔核形成过程熔核形成过程熔核是液态金属冷凝后的产物，因此熔核中央均被加热到金属熔点之上，其边界则是最高温度为熔点的等温面，研究焊件内部各点温度分布规律对了解熔核形成过程有重要意义。

根据热传导原理，各点的温度变化是由该点瞬时输入、输出热量之差与该点本身发热量有代数和引起的。输入或输出的热量是由其与相邻点的温度差引起的。各点的发热量则是电流通过产生的电阻热。由于各点电流密度、电阻率均随温度而变化，各点的发热量亦是变化的，为此要精确计算极为复杂。目前只能对简单模型在大型计算机上用有限元法估算。（1）加热时的电流分布 对于最普遍采用的圆锥形电极点焊等厚度钢板时，可忽略接触电阻，做计算机计算，可以绘出在通电开始时的电场分布和电流密度分布，如图2所示。图2(a)中与电流线垂直的曲面代表电场等位面，以下电极为基准值φ=0，上电极为全部电压降φ＝100%。图2(b)则表示三个不同截面上电流密度分布状况。由图可见接触面处边缘电流密度最高。随着焊件的加热进程，温度不均匀上升，各点的电阻率不同，中央温度较高，电阻率较大，电流向外围扩散，电流密度分布亦将变化。中央熔化后，由于液态金属电阻率的跃变，电流较多向外围扩散，这种现象称绕流现象。

（2）加热时的温度分布 加热开始时，焊件各点温度相同，无热传导，所以各点温升与各点的发热量成正比，电流密度高处温度最高。进一步通电加热，各点温升将取决于各点的发热和热传导的综合。热量总是由高温区向低温区传递，而温差越大热量传导越快。最后当发热量与散热量达到平衡时，温度不再上升。（3）热时间常数 自开始加热至达到热平衡需要一定时间，这段时间的长短与材料的热物理性和厚度有关。

二、对焊的加热

将焊件端面相对放置，利用焊接电流通过焊件产生的电阻热加热，并施加压力完成焊接的电阻焊方法成为对焊。

1.1.对焊的分类对焊的分类

对焊可分为电阻对焊与闪光对焊两大类。（1）电阻对焊 将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触后通电，利用电阻热加热至塑性状态，然后施加顶锻力完成焊接的方法。分为等压式和变压式。（2）闪光对焊 将焊件装配成对接接头，接通电源后使其端面逐渐达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度分布时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。分为连续闪光对焊和预热闪光对焊两种。

2.2.对焊的热源和加热对焊的热源和加热

与点焊一样，对焊主要热源为电阻热。由于夹钳电极对焊件的夹紧力很大，所以电极与焊件间接触电阻很小。同时，该电阻又远离接合面，其析热对加热过程所起作用很小，可忽略不计。根据焦耳定律总热量Q为

Q＝I 2Rt R＝R c ＋2R ew ＋2R w 焊件内部电阻R w 的计算公式为 R w ＝

mρT L/S （1）

式中 m──集肤效应系数；

ρT ──焊接区金属的电阻率，是温度的函数，Ω·mm；

L──焊件的调伸长度，mm；S──焊件的截面积，mm 2。ρT 随温度升高而增大，可用下式计算ρT ＝ρ0（1+αθ） （2）式中 ρ0──273K时的电阻度，Ω·cm；

α──材料电阻率的温度系数，K -1；θ──温度，K。由于焊接时温度成一定分布规律，且随加热过程的进行温度不断上升，在粗略估算时，ρT 常取其平均值。集肤效应系数随着导体直径而减小，随电流密度增大而增大。当圆钢直径小于20～25mm时或铁磁性金属加热超过1036K（居里点）时，集肤效应可以忽略，即m＝1。电阻对焊和闪光对焊的接触电阻R c 在成因与数值上均有较大差别。

（1）电阻对焊的接触电阻 因焊件间的接触面上存在微观不平或阻碍导电的杂质，所以电流在流过接触面附近时电流线会产生扭曲，使实际导电面积缩小而引起的附加电阻称为接触电阻。室温时的接触电阻可用下面的经验公式计算R c ＝r c (F/10)-

α （3）

式中 r c ──F＝10N时的接触电阻，Ω；

F──焊件间所作用的压力，N；

α──与材料有关的指数，钢为0.65～0.75，铝为0.75～0.85。

（2）闪光对焊的接触电阻 当两焊件缓慢靠近时，端面上仅个别点接触。电流通过这些点时，由于电流密度极高，很快就形成熔化金属小滴（称作过梁）。当过梁进一步升温气化而爆破后即转入短暂的电弧过程，而后很快熄灭。随着焊件的靠近，在其他凸出部位又形成新的过梁。这种过梁与电弧不断交替的平均电阻即为闪光对焊的接触电阻。其值可用下列经验公式计算

式中 k──与材料性质有关的系数，对碳钢取1；对奥氏体钢取1.1；

S──焊件截面积，cm2；

υ──闪光速度，cm/s；

J──电流密度，A/cm2。

闪光对焊的接触电阻远比焊件导电部分的电阻R w大，一般为100～1500μΩ，且在闪光过程中始终存在，不像电阻对焊加热到某温度时将逐渐消失。闪光结束进入顶锻后，此接触电阻立即消失。

对焊过程中总电阻R的变化规律见图3。

（3）对焊时的温度分布焊接区的温度分布是吸热与散热的综合结果，其分布曲线见图4。