點焊原理詳細說明課件

1、 焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。 3. 3. 點焊點焊 適用于搭接接頭、氣適用于搭接接頭、氣密性要求低，厚度在密性要求低，厚度在3mm3mm下下的沖壓、軋制薄板構件的沖壓、軋制薄板構件電阻點焊原理阻焊變壓器2電極3焊件4熔核點焊過程點焊過程熔核橫斷面圖分類：分類： 按供電方式不同：單面點焊（只從工件一側供電）和雙面點焊（從工件兩側供電）； 按一次形成焊點的數(shù)量：單點焊和多點焊（使用兩對以上的電極，在同一工序上完成多個焊點的焊接 ）。 單脈沖焊（每一個焊點

2、需要一次連續(xù)通電完成焊接）和多脈沖焊（多次通電完成焊接）。 點焊的接頭形式必須是搭接。點焊的接頭形式必須是搭接。不同形式的單面點焊)單面單點焊)無分流單面的雙點焊)有分流單面雙點焊)單面多點焊一點焊的電阻一點焊的電阻點焊的電阻R是由兩焊件本身電阻Rw、它們之間的接觸電阻Rc、電極與焊件之間的接觸電阻Rew組成。 R=2Rw+Rc+2Rew點焊焊接區(qū)示意圖和等效電路圖焊接區(qū)總電阻RC焊件間接觸電阻Rew電極與焊件間接觸電阻Rw焊件內(nèi)部電阻A.A.焊件間接觸電阻焊件間接觸電阻Rc+2Rew (Rc+2Rew (點焊電極壓力下所測定的接觸面處的電點焊電極壓力下所測定的接觸面處的電阻值阻值) )存在原

3、因：存在原因：1 1）焊件表面氧化膜或污物層，使電流受到較大阻礙，過厚的氧化膜）焊件表面氧化膜或污物層，使電流受到較大阻礙，過厚的氧化膜或污物層會導致電流不能導通?；蛭畚飳訒е码娏鞑荒軐ā? 2）焊件表面是凹凸不平的，使焊件在粗糙表面形成接觸點。在接觸）焊件表面是凹凸不平的，使焊件在粗糙表面形成接觸點。在接觸點形成電流線的集中，因此增加了接觸處的電阻點形成電流線的集中，因此增加了接觸處的電阻RcRc。 影響接觸電阻的因素：影響接觸電阻的因素： 工件表面狀態(tài)工件表面狀態(tài): : 表面愈粗糙、氧化愈嚴重、接觸電阻愈大。表面愈粗糙、氧化愈嚴重、接觸電阻愈大。 電極壓力電極壓力: : 壓力愈高、接觸

4、電阻愈小。壓力愈高、接觸電阻愈小。 壓力增大后又減小，塑性變形使接觸點數(shù)目和接觸面積壓力增大后又減小，塑性變形使接觸點數(shù)目和接觸面積不能恢復，出現(xiàn)不能恢復，出現(xiàn)“滯后滯后”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 焊前預熱焊前預熱: : 焊前預熱將會使接觸電阻大大下降。碳鋼焊前預熱將會使接觸電阻大大下降。碳鋼600600、鋁合金、鋁合金350350時接觸電阻接近零。時接觸電阻接近零。 異種材料異種材料相接觸，其接觸電阻取決于較軟的材料相接觸，其接觸電阻取決于較軟的材料 接觸電阻大?。航佑|電阻大?。菏覝叵驴砂慈缦陆?jīng)驗公式計算：室溫下可按如下經(jīng)驗公式計算：Rc=Rc=（r rc c）/ /（FwFw）（r rc c）：恒定系

5、數(shù)恒定系數(shù)(Fw=9.8N(Fw=9.8N時的接觸電阻時的接觸電阻) )。低碳鋼為。低碳鋼為0.005-0.0060.005-0.006；鋁合金；鋁合金0.001-0.0020.001-0.002FwFw：電極壓力：電極壓力：與材料相關的指數(shù)。鋼：與材料相關的指數(shù)。鋼：0.65-0.750.65-0.75；鋁合金：；鋁合金：0.75-0.850.75-0.85同一焊接區(qū)同一焊接區(qū)RcRc與與RewRew之間關系：之間關系：Rew0.5Rc(Rew0.5Rc(鋼材、表面化學清洗、銅合金電極鋼材、表面化學清洗、銅合金電極) )Rew1/25Rc(Rew1/25Rc(鋁合金、表面化學清洗、銅合金電極

6、鋁合金、表面化學清洗、銅合金電極) )RewRc(RewRc(鉬材、表面化學清洗、純鎢電極鉬材、表面化學清洗、純鎢電極) ) B. B.焊件本身電阻焊件本身電阻2 2R Rw w 與電阻率和通電材料體積有關。 金屬的電阻率不僅取決于金屬的成分，還取決于金屬表面狀態(tài)及金屬的電阻率不僅取決于金屬的成分，還取決于金屬表面狀態(tài)及溫度，隨著溫度的升高電阻率增大，并且金屬熔化時電阻率比熔化前溫度，隨著溫度的升高電阻率增大，并且金屬熔化時電阻率比熔化前高高1 12 2倍。倍。 在焊接時，隨著溫度的升高，除電阻率升高使焊件本身電阻在焊接時，隨著溫度的升高，除電阻率升高使焊件本身電阻RwRw升升高外，同時金屬的

7、壓潰強度降低，使焊件與焊件之間、焊件與電極之高外，同時金屬的壓潰強度降低，使焊件與焊件之間、焊件與電極之間的接觸面積增大，電流線分布分散，因而引起焊件電阻間的接觸面積增大，電流線分布分散，因而引起焊件電阻RwRw減小。減小。由于由于“邊緣效應邊緣效應”，產(chǎn)生電阻的面積大于電極，產(chǎn)生電阻的面積大于電極與焊件接觸面積；與焊件接觸面積；產(chǎn)生邊緣效應原因：產(chǎn)生邊緣效應原因：1 1）電極與焊件接觸面積遠遠小于焊件面積）電極與焊件接觸面積遠遠小于焊件面積2 2）點焊加熱不均勻，焊接區(qū)各點溫度不同，電）點焊加熱不均勻，焊接區(qū)各點溫度不同，電阻率也不同，出現(xiàn)繞流。阻率也不同，出現(xiàn)繞流。 估算：估算：2Rw=K

8、2Rw=K1 1K K2 2T T2/2/（dd0 02 2/4/4）K K1 1：邊緣效應引起電流場擴展的系數(shù)，其值：邊緣效應引起電流場擴展的系數(shù)，其值：d/=3-5d/=3-5時，時，K K1 1=0.82-0.84=0.82-0.84；K K2 2：繞流現(xiàn)象引起電流場擴展的系數(shù)，與不均勻加熱程度相關，為：繞流現(xiàn)象引起電流場擴展的系數(shù)，與不均勻加熱程度相關，為0.8-0.90.8-0.9；硬規(guī)范取低值，軟規(guī)范取高值，鋼焊接時取硬規(guī)范取低值，軟規(guī)范取高值，鋼焊接時取0.850.85；T：焊接區(qū)金屬電阻率，與：焊接區(qū)金屬電阻率，與T有關，查相關曲線。有關，查相關曲線。：單個焊件的厚度：單個焊件

9、的厚度d0：電極與焊件接觸面直徑：電極與焊件接觸面直徑d d0 0= =（4Fw/4Fw/）1/21/2FwFw：電極壓力：電極壓力：金屬材料的壓潰強度，隨溫度：金屬材料的壓潰強度，隨溫度T T升高而降低，可查相關曲線。升高而降低，可查相關曲線。 點焊加熱過程中，焊接區(qū)形態(tài)及溫度處于變化，點焊加熱過程中，焊接區(qū)形態(tài)及溫度處于變化，2Rw2Rw也處于變化中，只有在加熱臨近終了時（焊接電流場和也處于變化中，只有在加熱臨近終了時（焊接電流場和溫度場進入準穩(wěn)定），溫度場進入準穩(wěn)定），2Rw2Rw趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值2Rw2Rw。 2Rw2Rw即為金屬材料點焊斷電時刻焊件內(nèi)部電即為金屬材

10、料點焊斷電時刻焊件內(nèi)部電阻的平均值，可進行估算：阻的平均值，可進行估算： 2Rw=K2Rw=K1 1K K2 2（ 1 1+ + 2 2） /(d02/4）1、2T1、T2時的電阻率時的電阻率點焊鋼：點焊鋼： T T1 1=1200=1200、T T2 2=1500=15002Rw2Rw的現(xiàn)實意義：的現(xiàn)實意義：R=KR=K2Rw2RwRR焊接區(qū)總電阻的平均值焊接區(qū)總電阻的平均值KK電阻在點焊加熱過程中發(fā)生變化的系數(shù)電阻在點焊加熱過程中發(fā)生變化的系數(shù)K K與材料有關：與材料有關：低碳鋼、低合金鋼：低碳鋼、低合金鋼：K=1.0-1.1K=1.0-1.1不銹鋼、鈦合金：不銹鋼、鈦合金：K=1.1-1

11、.2K=1.1-1.2鋁合金、鎂合金：鋁合金、鎂合金：K=1.2-1.4K=1.2-1.4 當焊接回路感抗較小時，焊接區(qū)總電阻對焊接電流當焊接回路感抗較小時，焊接區(qū)總電阻對焊接電流影響很大，焊機設計時必須準確把握，否則將引起實際焊影響很大，焊機設計時必須準確把握，否則將引起實際焊接電流與設計焊接電流之間巨大的誤差。接電流與設計焊接電流之間巨大的誤差?？傠娮瑁嚎傠娮瑁翰讳P鋼、鈦合金呈單調(diào)下降不銹鋼、鈦合金呈單調(diào)下降鋁及鋁合金加熱初期迅速下鋁及鋁合金加熱初期迅速下降后趨于穩(wěn)定降后趨于穩(wěn)定低碳鋼先后出現(xiàn)下降段、上低碳鋼先后出現(xiàn)下降段、上升段、再次下降段、平穩(wěn)升段、再次下降段、平穩(wěn)段段下降段：下降段：

12、原因：接觸電阻迅速降低原因：接觸電阻迅速降低特點：時間短，曲線陡降，焊接區(qū)金屬未熔化但被加熱。特點：時間短，曲線陡降，焊接區(qū)金屬未熔化但被加熱。上升段：上升段：原因：該時段有因加熱導致接觸面增加而使電阻減小，又有焊原因：該時段有因加熱導致接觸面增加而使電阻減小，又有焊件溫度升高導致電阻率上升而使電阻增加，其中電阻率增加件溫度升高導致電阻率上升而使電阻增加，其中電阻率增加占主導地位。占主導地位。特點：剛開始，特點：剛開始， 增長快，曲線上升快，經(jīng)過一段時間加熱增長快，曲線上升快，經(jīng)過一段時間加熱后，后， 增大率減小，導電接觸面增加較快，總電阻增大率減小，導電接觸面增加較快，總電阻R R增長速增長

13、速率減緩，最終達到極值。率減緩，最終達到極值。再次下降段：再次下降段：原因：繞流現(xiàn)象使焊接區(qū)原因：繞流現(xiàn)象使焊接區(qū)增大不明顯，但繞流使導電通路截增大不明顯，但繞流使導電通路截面增大，同時金屬加熱軟化使接觸面積迅速增大導致邊緣效面增大，同時金屬加熱軟化使接觸面積迅速增大導致邊緣效應減弱。應減弱。特點：曲線下降。特點：曲線下降。平穩(wěn)段：平穩(wěn)段：原因：焊件間間隙增大（板縫翹離），電流場、溫度場進入準原因：焊件間間隙增大（板縫翹離），電流場、溫度場進入準穩(wěn)態(tài)，熔核和塑性環(huán)尺寸基本保持不變。穩(wěn)態(tài)，熔核和塑性環(huán)尺寸基本保持不變。特點：總電阻特點：總電阻R R趨于定值趨于定值2Rw2Rw。二、點焊時的加熱二

14、、點焊時的加熱 1 1、電阻對加熱的影響、電阻對加熱的影響接觸電阻接觸電阻Rc + 2RewRc + 2Rew析熱量占析熱量占Q Q的的5-10%5-10%（軟規(guī)范時軟規(guī)范時更小，且在焊接開始時很快降低、消失更小，且在焊接開始時很快降低、消失）作用：建立初期溫度場、擴大接觸面積，促進電作用：建立初期溫度場、擴大接觸面積，促進電流場分布均勻；流場分布均勻；過大造成通電不正常、局部區(qū)域過熱產(chǎn)生噴濺過大造成通電不正常、局部區(qū)域過熱產(chǎn)生噴濺利用增大接觸電阻達到降低電功率不可取。利用增大接觸電阻達到降低電功率不可取。內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻2Rw2Rw析熱量占析熱量占Q Q的的90-95%w90-95%w，是形

15、成熔核，是形成熔核的熱量基礎的熱量基礎2 2、電流場對加熱過程影響、電流場對加熱過程影響A A、調(diào)節(jié)焊接電流有效值大小使內(nèi)部熱源的析熱量發(fā)生顯著、調(diào)節(jié)焊接電流有效值大小使內(nèi)部熱源的析熱量發(fā)生顯著變化，影響加熱過程變化，影響加熱過程B B、焊接電流在焊件內(nèi)部電阻上形成的電流分布特點，使焊、焊接電流在焊件內(nèi)部電阻上形成的電流分布特點，使焊接區(qū)各處加熱強度不均勻：接區(qū)各處加熱強度不均勻：1 1）點焊時，電流線在兩焊件的貼合面處要產(chǎn)生集中收縮，使貼合面處）點焊時，電流線在兩焊件的貼合面處要產(chǎn)生集中收縮，使貼合面處產(chǎn)生集中加熱效果，該點也是點焊時所需連接的部位；產(chǎn)生集中加熱效果，該點也是點焊時所需連接的

16、部位；2 2）貼合面的邊緣電流密度）貼合面的邊緣電流密度j j出現(xiàn)峰值，該處加熱強度最大，將首先出現(xiàn)出現(xiàn)峰值，該處加熱強度最大，將首先出現(xiàn)塑性連接區(qū)，此封閉環(huán)對保證熔核的正常生長，防止氧化和噴濺有塑性連接區(qū)，此封閉環(huán)對保證熔核的正常生長，防止氧化和噴濺有利；利；3 3）點焊電流場使其加熱為一不均勻加熱，產(chǎn)生不均勻的溫度場。）點焊電流場使其加熱為一不均勻加熱，產(chǎn)生不均勻的溫度場。點焊時電場與電流密度分布(計算機數(shù)據(jù)繪制)電場分布b)典型截面的電流密度分布電流密度ja平均電流密度 點焊時，焊接所產(chǎn)生的熱量一部分用來加熱焊接區(qū)金屬形成足夠點焊時，焊接所產(chǎn)生的熱量一部分用來加熱焊接區(qū)金屬形成足夠尺寸的

17、熔核，另一部分用來補償向周圍物質(zhì)傳導、輻射的熱損失，以尺寸的熔核，另一部分用來補償向周圍物質(zhì)傳導、輻射的熱損失，以形成焊接過程的動態(tài)熱平衡。形成焊接過程的動態(tài)熱平衡。 平衡方程式如下：平衡方程式如下： Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2+Q+Q3 3+Q+Q4 4 Q- Q-焊接區(qū)總析熱量焊接區(qū)總析熱量 Q Q1 1- -有效熱量有效熱量 Q Q2 2- -電極散失熱量電極散失熱量 Q Q3 3- -工件散失熱量工件散失熱量 Q Q4 4- -對流輻射散失熱量對流輻射散失熱量3 3、點焊時的熱平衡、點焊時的熱平衡點焊熱平衡組成 焊接區(qū)的溫度場是產(chǎn)熱與散熱的綜合結果。由于電極散熱作用，焊接區(qū)的溫度

18、場是產(chǎn)熱與散熱的綜合結果。由于電極散熱作用，故熔核沿軸向成長速度慢于徑向成長速度，故呈橢球狀。故熔核沿軸向成長速度慢于徑向成長速度，故呈橢球狀。 1）有效熱量有效熱量Q1主要取決于金屬的熱物理性能以及熔化的金屬量，主要取決于金屬的熱物理性能以及熔化的金屬量，而與其它的焊接參數(shù)無關。而與其它的焊接參數(shù)無關。 點焊時點焊時Q1 =（10%30%）Q，電阻率低、散熱能力強的金屬取低，電阻率低、散熱能力強的金屬取低限；電阻率高、導熱性差的金屬取高限。限；電阻率高、導熱性差的金屬取高限。 2）損失的熱量損失的熱量主要包括電極傳導的熱量、經(jīng)焊件傳導損失的熱量、主要包括電極傳導的熱量、經(jīng)焊件傳導損失的熱量、通過對流輻射到空氣中的熱量。通過對流輻射到空氣中的熱量。 經(jīng)電極傳導的熱損失經(jīng)電極傳導的熱損失Q2一般占總熱量的一般占總熱量的30%50%，是熱量損失，是熱量損失最多的部分。這部分熱損失與電極材料、形狀及冷卻條件有關，也和最多的部分。這部分熱損失與電極材料、形狀及冷卻條件有關，也和焊接條件有關，用強條件比弱條件焊接的熱損失少。焊接條件有關，用強條件比弱條件焊接的熱損失少。 經(jīng)焊件傳導損失的熱量經(jīng)