电阻点焊-电极

表面飞溅率随焊前电流的变化规律
(施加焊前电流时间:5周波)
表面飞溅率随焊前电流通电时间的变化规律
(焊前电流有效值:3ｋＡ)
电极寿命随焊前电流的变化规律
（焊前电流时间:5周波）
利用深冷处理提高电极的使用寿命
何谓深冷处理？
深冷处理是指在-130℃以下对材料进行处 理改变材料性能的一种方法，深冷处理以液氮 (-196℃)为制冷剂。试验采用气体法加工深冷 电极，将电极放入深冷装置，液氮经喷管喷出 后在冷箱中直接汽化，利用液氮的汽化潜热及 低温氮气吸热使冷箱降温。通过控制液氮的输 入量来控制降温速度、保温温度、保温时间等 实现对温度的自动调节。
2.磨损
电极的磨损主要发生在电极头部，表现为电极头部的物质转移到被焊工 件表面，使得电极磨损，导致电极直径增大和焊接电流密度下降。另外，影 响磨损的因素还有在正常焊接规范下电极撞击工件和电极缺乏充足的冷却。
3.合金化
电极的合金化主要发生在电极和镀层钢板的交界面上，合金主要产生在电 极工作端面及头部的周围。电极合金化的程度取决于在焊接循环过程中电极与 工件交界面作用的温度和时间，镀层元素与电极材料的扩散速度，以及生成物 质在电极端面的形核和长大。一般来讲，电极端面与工件作用时间越长、工作 温度越高，越易合金化，而合金化的产生不仅使电极端面的电导率下降，提高 了焊接时电极表面的温度，加快了合金化，而且影响了电极表面的电流分布。
深冷装置结构
1-箱体 2-排气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 3-导风板 4-喷管 5-风扇 6-测温仪 表
7-电磁阀 8-截止阀 9-手动阀门 10-液氮容器
深 冷 处 理 前 后 铬 锆 铜 合 金 组 织 Ｓ Ｅ Ｍ 背 散 射
深冷处理前的铜基体致密性较差,存在较多的显微孔 洞,这些孔洞的存在使材料点阵结构的完整性与材料连续 性遭到破坏。深冷处理后材料中的显微孔洞数量比未深冷 处理的明显减少,基体致密程度明显提高。
点焊电极的研究进展
点焊电极为什么容易失效？ 电极是点焊中的易耗零件，在点焊过 程中，电极的主要功能是传输电流、加压 和散热，由于电极和焊件接触时的温度较 高，而且自身具有一定的电阻，也会发热， 因此，电极头部的温升很快，达到了稍低 于焊点熔核的高温，使电极头部在高温及 高压力作用下很快失效。
点焊电极的失效形式
1. 塑性变形 电极的塑性变形都导致电极端部形成蘑菇状和电极直径的增加，这种塑性 变形的产生是由于电极头部在焊接时承受压力和高温作用的结果。一般来讲， 电极表面的温度与焊件表面的温度应相等，点焊时钢板的表面温度大约为700度 左右，点焊镀锌钢板时，电流密度比点焊无镀层钢板电流密度要高30%左右， 电极表面的温度能达到800-900度。正是由于电极头部的温度分布不均匀，使得 电极头部产生了不均匀的塑性变形。此外，电极与工件表面的高温还导致了在 电极头部产生低屈服强度的Zn-Cu合金，这将加重电极局部的塑性变形。塑性变 形的产生，使得电极头部的直径随焊点数目的增加而增加，从而导致焊接电流 密度下降，熔核焊透率降低，直到焊核直径减小，焊点强度下降趋近允许值， 此时必须修整电极或更换电极。
深 冷 处 理 前 后 铬 锆 铜 合 金 组 织 Ｓ Ｅ Ｍ 面 扫 描
深冷处理前后铬锆铜合金中Ｃｒ分布
处理后试样的 铬、锆元素分有 明显变化。与深 冷前相比,由于深 冷处理导致Ｃｒ、 Ｚｒ在铜中的溶 解度急剧减小,过 饱和的Ｃｒ、Ｚ ｒ析,铜基体上出 现了大量弥散分 布的Ｃｒ、Ｚｒ 颗粒。
深冷处理前后铬锆铜合金中Ｚｒ分布
延长点焊电极寿命的措施
1.电极端面的表面改性 2.粉末冶金电极 3.优选焊接规范
4.电极的深冷处理
用电流波形控制法
提高锌钢板点焊电极的寿命
基本原理
在接通焊接电流之前施加焊前电流，使锌 层先熔化，并在电极压力作用下将其挤走，从 而减弱或避免电极/工件界面铜锌合金化、提高 工件/工件间接触电阻，使焊接区加热均匀，获 得同样熔核所需焊接电流减小，电极寿命增加。
4.坑蚀 坑蚀是导致电极失效的主要方式之一。在点焊电极焊接镀层钢板时，由 于高温的作用，在电极表层产生了低熔点合金，当电极离开工件时，有些低 熔点合金在飞溅作用下离开了电极端面，即在电极端面产生了一个小的弧坑， 许多小的孤坑连成一起的过程叫坑蚀，坑蚀的结果便形成了蚀坑。蚀坑的产 生，提高了坑蚀周围的电流密度和工作压力，导致了蚀坑周围产生更严重的 塑性变形和脱落，从而增加了电极端面的直径和降低了焊点直径。
电极电阻率测试结果
电 极 寿 命 试 验 曲 线
电 极 深 冷 处 理 前 后 所 焊 焊 点
深冷处理
未深冷处理
用未深冷电极点焊镀锌钢板,始终 存在飞溅、粘电极等现象,而用深冷电 极点焊镀锌钢板时,飞溅、粘电极等现 象大大减小,焊点表面质量明显改善。
Ｘ射线衍射的晶粒尺寸分析结果
总
结
深冷处理提高了电极基体致密性,改变了 合金元素分布,提高了电极的导电、导热能力, 使电极产热减少,导热能力加强,避免了铜合金 电极与镀锌板的合金化倾向。深冷处理也细 化了电极材料的晶粒,提高了电极抗压溃变形 的能力,使得点焊镀锌钢板的深冷电极寿命显 著提高。
5.热疲劳 点焊电极在工作过程中不仅要在高温下传递压力，而且还承受着加 热和冷却的热应力作用，在两者的作用下，产生热疲劳，使得电极最终 失效或电极表层脱落。
6.粘附 点焊电极在工作过程中由于电极头部和镀锌钢板的接触温度高于镀锌 层的熔点，使熔化的镀锌层强烈粘附在电极头部而产生粘附。
7.再结晶 电极的再结晶温度大约在700-800'C的范围。虽然电极与工件连接界面 上的温度基本低于此温度，但有些区域的温度也有可能达到此温度，这取决 于工件与电极之间的接触电阻、焊接速度、冷却状况及电极合金类型。一旦 电极某个区域的温度大于电极的再结晶温度，则在电极中将产生再结晶和晶 粒增大，使得电极易于失效。