电阻点焊、凸焊工艺设计规范

电阻点焊、凸焊工艺设计规范
2014-12-30发布 2015-1-1实施
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前言
1.范围
本标准规定了本公司螺母凸焊、板件点焊设备要求、工艺参数设计及焊接质量检验规范等。

2.规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 19867.5 《电阻焊焊焊接工艺规程》
HB/T5420-1989 《电阻焊电极与辅助装置用铜及铜合金》
HB 5282-84 《结构钢和不锈钢电阻点焊和缝焊质量检验》
QJ 1289-95 《结构钢、不锈钢电阻点、缝焊技术条件》
QJ 1290-87 《结构钢、不锈钢电阻点、缝焊工艺》
JB/T 3158-1999 《电阻点焊直电极》
JB/T 3948-1999 《电阻点焊电极帽》
JB/T 6043-92 《金属电阻焊接头缺陷分类》
JB/T 7598-2008 《电阻焊电极用铜-铬-锆合金》
3.焊接设备
电阻点焊、凸焊使用的设备是电阻焊机，电阻焊机(resistance welding machine)是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使焊件形成金属结合的一种机器。

目前我公司电阻焊机为两台唐山松下生产的YR-500S型单项交流电阻焊机（焊机额定规格及结构形式见图3-1、图3-2、图3-3）。

图3-1 焊机各部名称与外形尺寸图3-2 焊机额定规格
图3-3 焊机实物图
3.1设备选购时应充分考虑以下八点：
3.1.1额定电源电压、电网频率、一次电流、焊接电流、短路电流、连续焊接电流和额定功率时焊接变压器的级数；
3.1.2最大、最小及额定电极压力；
3.1.3额定最大、最下臂伸和臂间开度；
3.1.4短路时的最大功率及最大允许功率，额定级数下的短路功率因数；
3.1.5适用的焊件材料、厚度和断面尺寸；
3.1.6额定负载持续率；
3.1.7焊机重量、焊机生产率、可靠性指标、寿命及噪声；
3.1.8焊机的各种控制功能。

3.2新焊接、经大修过的焊机或电源改变过（即移装）的焊机都应进行工艺性鉴定。

工艺性鉴定方法按QJ 1290-87规定方法进行。

4.电极及电极夹头
4.1电极结构
电极的结构必须有足够的强度和刚度，以及充分冷却的条件，设计时还应考虑其粘附、合金化和变形等问题。

4.1.1电极端面形状应利于端面散热和增强抗变形能力；
4.1.2电极端面直径应根据工件厚度和需要的熔核尺寸确定；
4.1.3电极设计时应考虑电极工作部分便于到达焊接处以及电极能可靠地安装于焊机上，并卸装方便。

4.1.4电极的冷却水孔应尽可能的延伸到接近端面的部位，冷却水孔的尺寸应能容纳一个进水管，并能使水沿着管子的外围流出。

水管的端头应斜切。

4.2电极材料：电极材料应具有足够高的电导率、导热率和高温硬度，电极材料按我国HB/T5420的标准分为4类（见表4-1），根据我公司产品特点推荐选用2类材料。

表4-1 电极材料的成分和性能
4.3电极夹头
电极夹头用于加持电极，导电和传递力矩，故应有良好的力学性能和导电性。

我公司电极夹头结构应能向电极通冷却水，电极夹头的锥形端面壁厚不得小于5mm，必要时可采用末端加粗的电极夹头。

5.点焊方法和工艺
5.1点焊方法
点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类。

双面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电。

单面点焊时，电极由工件的同一侧向焊接处馈电。

我公司推荐选用单点双面点焊的焊接方法。

我公司点焊零部件用于承受小的静载荷或动载荷，为一般焊接接头（即QJ 1289规定的Ⅲ级接头）。

5.2点焊工艺参数的选择步骤
5.2.1第一步初选个焊接参数；
5.2.2第二步现场工艺试验并进行调整和修正，最后确定出最佳参数。

5.3点焊工艺参数选择
根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取。

首先确定电极的端面形状和尺寸。

其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样。

经检验熔核直径符合要求后，在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试验的焊接和检验，
直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。

试验选择工艺参数时，要充分考虑试样和工件的分流、铁磁性物质影响，以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。

如果改变某一焊接参数，其他参数必须加以修正。

5.3.1电极压力：电极压力影响焊件接触电阻、电流密度、电极散热的效果和焊接区的塑性变形。

如果焊接容量足够大，应采用较大的电极压力，以提高焊接质量及其稳定性。

5.3.2焊接电流：电阻焊的焊接电流对产热的影响比电阻和通电时间大，是平方正比关系，因此是必须严格控制的重要参数。

随焊接电流的增大，熔核直径与熔透率随之增大，接头的抗剪强度也将增大。

图5-1是典型焊点抗剪强度与电流大小的关系，图中AB段相当于为熔化焊接，BC段相当于熔化焊接，接近C点，抗剪强度增加缓慢，说明电流的对抗剪强度的影响小，故焊接时应选用接近C点的焊接电流。

超过C点后，由于出现飞溅或工件表面压痕过深，抗剪强度明显降低。

电流过大还会导致母材过热，电极迅速耗损。

出电流总量外，电流密度对加热也有显著影响，增大接触面积，会降低电流密度和焊接热量，从而使接头强度下降。

因而在工艺设计时应考虑分流对焊质量的不良影响，并采取措施加以控制。

反之电流密度过大，将导致焊缝金属飞溅，形成空腔、焊缝开裂及力学性能下降等不良后果。

图5-1 焊接电流I w对焊点抗剪强度的影响
5.3.3点焊时电流的分流：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小，导致熔核强度下降；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、熔核便宜等。

影响分流的因素很多，零件材料、结构、点距、表面状态和装配质量等都能影响分流的大小。

减小分流常用措施有一下五点。

5.3.3.1选择合适的点距。

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；
5.3.3.2焊前清理焊件表面；
5.3.3.3提高装配质量。

待焊处装配间隙大，其电阻增大，使分流增大。

焊机应尽量减小装配间隙；
5.3.3.4适当增大焊接电流，以补偿分流的影响。

5.3.3.5其他特殊措施。

如采用热膨胀监控、顺序改变各点电流的控制器以及采用能有效地补偿分流影响的其他装置等。

5.3.4焊接时间：焊接时间的熔核尺寸的影响与焊接电流的影响基本类似，只是增减速度有所不同。

焊接时，根据材料的物理性能、焊件厚度
与装配精度、焊接容量、焊件焊前的表面状态及对焊件表面质量的要求等来确定焊接时间的长短。

图5-1未几种典型材料焊接时，焊接厚度与焊接电流、焊接时间的关系。

图5-1 点焊焊件与焊接电流、焊接时间的关系
1-低、中合金钢 2-特殊高温合金
3-高温合金 4-不锈钢 5-铜合金
注：本图摘自《焊接工程师手册》
我公司点焊件为低碳钢，此类钢具有良好的焊接性，其焊接电流、电极压力和通电时间等工艺参数具有较大的调节范围。

表5-1为美国RWMA推荐的低碳钢点焊的焊接条件，可供参考。

表5-1 低碳钢点焊的焊接条件
注：d-电极端面直径；D-电极主体直径；焊接时间栏内周数已按50Hz电源频率修订
6.点焊接头
点焊通常采用搭接接头和这边接头（图6-1），在设计点焊结构时，必须考虑电极的可达性，即电极必须能方便地抵达构件的焊接部位，同时还应考虑诸如边距、搭接量、点距装配间隙和焊点强度等因素。

(a) (b)
图6-1 点焊接头型式
(a)搭接接头（b）折边接头 e-点距 b-边距
6.1边距：边距的最小值取决于被焊金属的种类、厚度和焊接条件。

对于屈服强度高的金属、薄件或采用强条件时可取较小值，但不允许边工件边缘被压溃。

搭接量是边距的二倍，推荐的最小搭接量见表6-1。

表6-1 接头的最小搭接量
注：本表摘自《实用焊接技术手册》
6.2点距：点距的最小值与被焊金属的厚度、电导率、表面清洁度、以及熔核的直径有关。

表6-2为推荐的最小点距。

表6-2 焊点的最小点距（单位/mm）
注：本表摘自《焊接手册》
点距最小值应考虑分流影响。

采用强条件和打的电极压力时，点距可适当减小；采用热膨胀监控或能够顺序改变个点电流的控制器时，以及采用能够有效地补偿分流影响的其他装置时，点距可以不受限制。

6.3装配间隙
装配间隙必须尽可能的小，许用间隙值通常为0.1-2mm。

7.焊接接头质量
7.1表面缺陷：点焊焊接接头表面可能存在的缺陷有：裂纹、烧穿、喷溅、过深的压痕、铜迹和沿焊点边沿的胀裂等。

焊件及试样检查时，点焊接头允许存在一定的缺陷，但缺陷点数占焊点总成的百分比不允许超出表7-1的规定。

表7-1 点焊接头允许存在、允许修补的内、外部缺陷及数量
注：允许存在的带缺陷焊点不允许集中在一处
7.2熔核直径：点焊焊点熔核直径应符合表7-2规定。

表7-2 焊点熔核直径d允许最小值
7.3点焊相对位置尺寸偏差应不超过表7-3规定。

表7-3
7.4常见缺陷事例
7.4.1虚焊、未焊透
a.虚焊、未焊透
b.合格焊缝
7.4.2飞溅
7.4.3压痕过深
a.压痕过深
b. 压痕适中
7.4.4边距过小、母材边缘压溃
7.4.5过烧、焊点表面严重氧化，焊点表面凹凸不平
7.4.6熔核偏小、接头强度弱
a.熔核偏小
b.合格熔核
8.检验、试验
8.1外观质量检验
8.1.1试样和焊件应100%进行目视检验，允许用（5-10倍放大镜检查）8.1.2试样和焊件上的焊点不允许有外部裂纹、烧穿、沿焊点边缘胀裂。

外部飞溅物应清理干净。

8.1.3焊件上的压痕应均匀，通以焊接接头最大与最下压痕直径之比不允许大于1.25，允许压痕深度见表8-1。

表8-1 允许压痕深度
焊件厚度δ/mm允许压痕深度/mm
δ≤2≤30%δ
δ＞2≤15%δ
8.2焊透率（按薄板计算）规定如下：
8.2.1厚度比≤2的组合，焊透率应在30%-80%之间；
8.2.2厚度比＞的组合，焊透率应在20%-80%之间；
8.3撕破试验：撕破试验应撕破5个以上连续点焊的焊点；
8.3.1撕破试验时，当板厚＜2mm时，在一侧试样上撕成孔洞；当板厚≥2mm时，在一侧试样上应撕成孔洞或深度大于二分之一板厚的凹坑。

8.3.2试样撕破后，在试样上留下的熔核尺寸应符合表8-2的规定。

表8-2
8.4点焊接头强度试验
8.4.1在制定新的焊接工艺参数时应进行接头强度试验；
8.4.2焊缝接头的最小抗剪强度应经试验后确定，并在设计文件中规定；
8.4.3Ⅲ级点焊接头的单点抗剪力值应不低于表8.3规定。

8.5其他试验
视产品需要或主机厂要求可组织使用电阻焊加工的产品进行振动试验、装车试验及其他相关试验。

表8.3 点焊接头的单点最小抗剪力值
8.4.4不同厚度板材组合焊接时，按薄板厚度确定接头强度；相同厚度，不同材料板材组合焊接时，按强度极限低的材料确定；不同厚度，不同材料板材组合焊接时，按承受载荷能力低的材料一边确定接头强度。

9.凸焊方法和工艺
9.1凸焊方法：我公司使用四点凸焊的方法将焊接方螺母焊接在焊件上。

9.2凸焊工艺参数的选择步骤
8.2.1初步选定电极压力和焊接时间（可参照表8-1），再调节焊接电流，以不同的电流焊接试样，直至螺母破坏力矩100%≥70N·m为止。

5.2.3在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直至螺母破坏力矩100%≥70N·m、内螺纹100%通规通、螺母表面无塌陷、变形等缺陷为止。

9.3凸焊工艺参数的设定
9.3.1电极压力：电极压力应足以在凸点达到焊接温度时将其全部压溃，并使两工件紧密贴合。

电极压力过大会过早压溃凸点，失去凸点的作用，同时电流密度减小而降低接头强度。

电极压力过小会引起严重飞溅，电极压力的大小，同时影响吸热和散热。

在其他参数不变时，电极压力增大，焊接熔核尺寸与接头强度减小。

为保持一定的熔核尺寸与接头强度，在提高电极压力的同时，需要相应增大焊接电流或焊接时间。

熔核上的电极压力应在允许调节的范围内。

9.3.2焊接时间：在确定合适的电极压力和焊接电流后，在调节焊接时间，以获得满意的焊点。

9.3.3焊接电流：采用逐步递增打的调幅电流以减小金属挤出，逐步找出合理的焊接电流，以获得满意的焊点质量。

我公司凸焊件特点为：使用低碳钢板和表面未经任何处理的焊接方螺母焊接而成，属于低碳钢螺帽类焊接。

其焊接参数可参见表9-1
表9-1 低碳钢螺帽的凸焊工艺参数
电极压力（KN）焊接时间（周）焊接电流（KA）
1.23310
2.3
3.23112.34315
4 4.33161.2 4.8318
4 5.2320
电极压力（KN）焊接时间（周）焊接电流（KA）
2.4
68-2.669-2.96103.261246154.2
6
17
12
210
级别A
接头抗剪强度
（N·m）4880.28
12
螺帽的螺纹直径（mm）级别B
焊接的螺纹直径（mm）平板厚度（mm）
4
注：本表摘自《实用焊接技术手册》
10. 凸焊螺母焊接质量及检验
10.1外观质量：螺母螺纹孔无焊渣、螺母表面无压痕、变形等缺陷； 10.2焊接方螺母与母材焊接的破坏力矩应100%≥70N·m；
10.3螺纹尺寸：M8-6H 螺纹100%通规通。

11. 凸焊螺母焊接常见缺陷事例 11.1虚焊，焊接接头强度弱
11.2熔核小、未焊上，破坏力矩＜70N·m；
11.3螺母过烧变形、缩孔M8-6H螺纹通规止11.4飞溅、M8-6H螺纹通规止。