点焊原理详细说明

由于“边缘效应”，产生电阻的面积大于电极
与焊件接触面积； 产生边缘效应原因： 1）电极与焊件接触面积远远小于焊件面积
2）点焊加热不均匀，焊接区各点温度不同，电
阻率也不同，出现绕流。
估算：
2Rw=K1K2ρ T2δ /（π d02/4）
K1：边缘效应引起电流场扩展的系数，其值：d/δ =3-5时，K1=0.82-0.84； K2：绕流现象引起电流场扩展的系数，与不均匀加热程度相关，为0.8-0.9； 硬规范取低值，软规范取高值，钢焊接时取0.85； ρT：焊接区金属电阻率，与T有关，查相关曲线。 δ：单个焊件的厚度 d0：电极与焊件接触面直径
B.焊件本身电阻2Rw 与电阻率和通电材料体积有关。 金属的电阻率不仅取决于金属的成分，还取决于金属表面状态及 温度，随着温度的升高电阻率增大，并且金属熔化时电阻率比熔化前 高1～2倍。 在焊接时，随着温度的升高，除电阻率升高使焊件本身电阻Rw升 高外，同时金属的压溃强度降低，使焊件与焊件之间、焊件与电极之 间的接触面积增大，电流线分布分散，因而引起焊件电阻Rw减小。
塑性连接区，此封闭环对保证熔核的正常生长，防止氧化和喷溅有 利；
3）点焊电流场使其加热为一不均匀加热，产生不均匀的温度场。
点焊时电场与电流密度分布(计算机数据绘制) ａ)电场分布 b)典型截面的电流密度分布 ｊ—电流密度 ja—平均电流密度
3、点焊时的热平衡
点焊时，焊接所产生的热量一部分用来加热焊接区金属形成足够
稳态，熔核和塑性环尺寸基本保持不变。
特点：总电阻R趋于定值2R’w。
二、点焊时的加热
1、电阻对加热的影响
接触电阻Rc + 2Rew析热量占Q的5-10%（软规范时 更小，且在焊接开始时很快降低、消失） 作用：建立初期温度场、扩大接触面积，促进电 流场分布均匀；
过大造成通电不正常、局部区域过热产生喷溅— 利用增大接触电阻达到降低电功率不可取。 内部电阻2Rw析热量占Q的90-95%w，是形成熔核 的热量基础
R=2Rw+Rc+2Rew
A.焊件间接触电阻Rc+2Rew (点焊电极压力下所测定的接触面处的电
阻值)
存在原因： 1）焊件表面氧化膜或污物层，使电流受到较大阻碍，过厚的氧化膜
或污物层会导致电流不能导通。
2）焊件表面是凹凸不平的，使焊件在粗糙表面形成接触点。在接触 点形成电流线的集中，因此增加了接触处的电阻Rc。
影响接触电阻的因素： 工件表面状态: 表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大。 电极压力: 压力愈高、接触电阻愈小。 压力增大后又减小，塑性变形使接触点数目和接触面积 不能恢复，出现“滞后”现象。 焊前预热: 焊前预热将会使接触电阻大大下降。碳钢
600℃、铝合金350℃时接触电阻接近零。
异种材料相接触，其接触电阻取决于较软的材料
d0=（4Fw/π σ ‘）1/2
Fw：电极压力
σ ’：金属材料的压溃强度，随温度T升高而降低，可查相关曲线。
点焊加热过程中，焊接区形态及温度处于变化，2Rw
也处于变化中，只有在加热临Βιβλιοθήκη Baidu终了时（焊接电流场和
温度场进入准稳定），2Rw趋于一个稳定的数值2R‘w。
2R‘w即为金属材料点焊断电时刻焊件内部电 阻的平均值，可进行估算： 2R‘w=K1K2（ ρ 1+ ρ 2） δ/(πd02/4）
ρ1、ρ2—T1、T2时的电阻率
点焊钢： T1=1200℃、T2=1500℃
2R‘w的现实意义： R=K×2R‘w R—焊接区总电阻的平均值 K—电阻在点焊加热过程中发生变化的系数
K与材料有关：
低碳钢、低合金钢：K=1.0-1.1 不锈钢、钛合金：K=1.1-1.2 铝合金、镁合金：K=1.2-1.4 当焊接回路感抗较小时，焊接区总电阻对焊接电流 影响很大，焊机设计时必须准确把握，否则将引起实际焊
故熔核沿轴向成长速度慢于径向成长速度，故呈椭球状。
实际生产中 一般通过控制电 极散热来获得合 适的温度场，如 电极下加垫片，
更换不同材料电 极等。
焊接区温度分布：最高温度在焊接区中心，T>Tm部分形成熔核
点焊时的温度分布 Ａ—焊钢时 B—焊铝时
2、电流场对加热过程影响 A、调节焊接电流有效值大小使内部热源的析热量发生显著 变化，影响加热过程 B、焊接电流在焊件内部电阻上形成的电流分布特点，使焊
接区各处加热强度不均匀：
1）点焊时，电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩，使贴合面处 产生集中加热效果，该点也是点焊时所需连接的部位；
2）贴合面的边缘电流密度j出现峰值，该处加热强度最大，将首先出现
接触电阻大小：
室温下可按如下经验公式计算： Rc=（rc）‘/（Fw）α
（rc）‘：恒定系数(Fw=9.8N时的接触电阻)。低碳钢为
0.005-0.006Ω ；铝合金0.001-0.002Ω Fw：电极压力 α ：与材料相关的指数。钢：0.65-0.75；铝合金：0.75-0.85 同一焊接区Rc与Rew之间关系： Rew≈0.5Rc(钢材、表面化学清洗、铜合金电极) Rew≈1/25Rc(铝合金、表面化学清洗、铜合金电极) Rew≈Rc(钼材、表面化学清洗、纯钨电极)
3. 点焊
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。
适用于搭接接头、气 密性要求低，厚度在3mm下 的冲压、轧制薄板构件
电阻点焊原理 １—阻焊变压器 2—电极 3—焊件
4—熔核
点焊过程
熔核横断面图
分类：
按供电方式不同：单面点焊（只从工件 一侧供电）和双面点焊（从工件两侧供电）； 按一次形成焊点的数量：单点焊和多点 焊（使用两对以上的电极，在同一工序上完成 多个焊点的焊接 ）。 单脉冲焊（每一个焊点需要一次连续通 电完成焊接）和多脉冲焊（多次通电完成焊 接）。 点焊的接头形式必须是搭接。
不同形式的单面点焊 ａ)单面单点焊 ｂ)无分流单面的双点焊 ｃ)有分流单面双点焊 ｄ)单面多点焊
一．点焊的电阻
点焊的电阻R是由两焊件 本身电阻Rw、它们之 间的接触电阻Rc、电 极与焊件之间的接触 电阻Rew组成。
点焊焊接区示意图和等效电路图 Ｒ—焊接区总电阻 RC—焊件间接触电阻 Rew—电极与焊件间接触电阻 Rw—焊件内部电阻
尺寸的熔核，另一部分用来补偿向周围物质传导、辐射的热损失，以 形成焊接过程的动态热平衡。 平衡方程式如下：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 Q-焊接区总析热量
Q1-有效热量
Q2-电极散失热量 Q3-工件散失热量 Q4-对流辐射散失热量
点焊热平衡组成
1）有效热量Q1主要取决于金属的热物理性能以及熔化的金属量， 而与其它的焊接参数无关。 点焊时Q1 =（10%～30%）Q，电阻率低、散热能力强的金属取低 限；电阻率高、导热性差的金属取高限。 2）损失的热量主要包括电极传导的热量、经焊件传导损失的热量、 通过对流辐射到空气中的热量。 经电极传导的热损失Q2一般占总热量的30%～50%，是热量损失 最多的部分。这部分热损失与电极材料、形状及冷却条件有关，也和 焊接条件有关，用强条件比弱条件焊接的热损失少。 经焊件传导损失的热量Q3占总热量的20%左右，其大小与板件厚 度、材料的热物理性质、焊接参数特征有关。 由焊件表面辐射的热损失Q4很小，一般不超过总热量的5%。 焊接区的温度场是产热与散热的综合结果。由于电极散热作用，
接电流与设计焊接电流之间巨大的误差。
总电阻：
不锈钢、钛合金呈单调下降
铝及铝合金加热初期迅速下
降后趋于稳定 低碳钢先后出现下降段、上 升段、再次下降段、平稳 段
下降段：
原因：接触电阻迅速降低
特点：时间短，曲线陡降，焊接区金属未熔化但被加热。
上升段： 原因：该时段有因加热导致接触面增加而使电阻减小，又有焊 件温度升高导致电阻率上升而使电阻增加，其中电阻率增加 占主导地位。
特点：刚开始， ρ增长快，曲线上升快，经过一段时间加热
后， ρ增大率减小，导电接触面增加较快，总电阻R增长速
率减缓，最终达到极值。
再次下降段：
原因：绕流现象使焊接区ρ增大不明显，但绕流使导电通路截
面增大，同时金属加热软化使接触面积迅速增大导致边缘效
应减弱。 特点：曲线下降。 平稳段： 原因：焊件间间隙增大（板缝翘离），电流场、温度场进入准