第7單元電阻焊

第七單元

電阻焊

學習目標：電阻焊是一種主要的壓焊方法，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。通過本單元的學習，要使學生明確電阻焊的原理、分類及特點，掌握點焊、縫焊和對焊的工藝特點及適用范圍，并對電阻焊設(shè)備有一定的了解。電阻焊是以電阻熱為能源的一類焊接方法。電阻焊有三大顯著特點：一是焊接的熱源是電阻熱，故稱電阻焊；二是焊接時工件必須接觸，因而也稱接觸焊；三是焊接時需施加壓力，故屬于壓焊。綜合知識模塊一

電阻焊的實質(zhì)和特點1．電阻焊的實質(zhì)要形成一個牢固的焊接接頭，兩工件間必須有足夠量的共同晶粒。熔焊是利用外加熱源使連接處熔化，凝固結(jié)晶而形成焊縫的，而電阻焊則利用本身的電阻熱及大量塑性變形能量，形成結(jié)合面的共同晶粒而得到焊點、焊縫或?qū)咏宇^。從連接的物理本質(zhì)來看，二者都是靠工件金屬原子之間的結(jié)合力結(jié)合在一起的，但它們之間的熱源不同，在接頭形成過程中有無必要的塑性變形也不同，即實現(xiàn)接頭牢固結(jié)合的途徑不同。這便是電阻焊與一般熔化焊的異同之處。能力知識點一

電阻焊的實質(zhì)和分類

電阻焊的種類很多，通?？筛鶕?jù)所使用的接頭形式和工藝特點等進行分類，如圖7-1所示。按接頭形式可把電阻焊歸納成搭接接頭電阻焊和對接接頭電阻焊兩大類，點焊、凸焊和縫焊同屬搭接接頭電阻焊類，電阻對焊和閃光對焊都屬對接電阻焊類。

圖7-1電阻焊分類2.電阻焊的分類

按工藝特點可直接將電阻焊分為點焊、凸焊、縫焊、電阻對焊和閃光對焊五類。圖7-2為按工藝特點分類的電阻焊方法的原理圖。圖7-2電阻焊方法的原理圖能力知識點二

電阻焊的特點及應用1．電阻焊的優(yōu)點（1）焊接生產(chǎn)率高（2）焊接質(zhì)量好（3）焊接成本較低（4）勞動條件較好

2．電阻焊的缺點（1）對參數(shù)波動敏感（2）焊后難于無損檢測（3）結(jié)構(gòu)受較多限制（4）設(shè)備功率大、復雜

3．電阻焊的應用電阻點焊、縫焊和凸焊主要用于焊接厚度小于3mm的薄板組件。對焊主要適用于對接直徑在20mm以內(nèi)的棒材或線材。電阻焊不但可以焊接碳素鋼、低合金鋼，而且還可以焊接鋁、銅等非鐵金屬及其合金。綜合知識模塊二

電阻焊的基本原理電阻焊是將工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法，英文簡稱為RW。能力知識點一電阻熱及影響因素（一）電阻熱的產(chǎn)生1、電阻熱——電阻焊的熱源：

Q=I2Rt2、影響產(chǎn)熱的因素：⑴電阻焊件本身電阻RW=ρL/s其中ρ是一個重要參數(shù)，且會隨溫度的升高而增大。當焊件表面清理十分潔凈時，接觸電阻RC僅在通電開始極短的時間內(nèi)存在，隨后會迅速消失。但它在焊接時間很短的情況下，對熔核的形成和焊點強度的穩(wěn)定性仍有顯著影響。

⑶通電時間與焊接電流在一定范圍內(nèi)可互為補充。⑷電極壓力對總電阻R影響顯著，壓力增大，R減小。⑸電極材料及端面形狀主要是電阻率和導熱性⑹焊件表面狀況主要影響接觸電阻。徹底清理工件表面是保證獲得優(yōu)質(zhì)接頭的必要條件。⑵焊接電流焊接電流（密度）對產(chǎn)熱的影響比電阻和時間兩者都大，在焊接過程中是一個必須嚴格控制的參數(shù)。能力知識點二熱平衡及溫度分布

（一）熱平衡：熱量小部分（10~30%）有用，大部分散失，其中主要通過電極的熱傳導而散失。

（二）溫度分布：點、凸、對焊——中心高，四周低

縫焊——由于焊點間相互影響，溫度分布比點焊的平坦，且前后不對稱。溫度分布曲線越平坦，接頭HAZ越寬，工件表面越容易過熱，電極越容易磨損。

主要從下列各項指標進行評定：1、材料的導電性和導熱性導電性和導熱性越高，焊接性越差。2、材料的高溫強度高溫（0.5~0.7Tm）屈服強度越高，焊接性越差。3、材料的塑性溫度范圍塑性溫度范圍越窄，對參數(shù)波動越敏感，焊接性越差。4、材料對熱循環(huán)的敏感性敏感性越強，焊接性越差。另外，熔點高、線膨脹系數(shù)大、易形成致密氧化膜的金屬，其焊接性一般較差。能力知識點三電阻焊時金屬的焊接性綜合知識模塊三

點焊、凸焊和縫焊

能力知識點一點焊

點焊原理如圖7-7所示。焊接時，將工件放入兩電極之間，電極施加壓力壓緊工件后，電源通過電極向工件通電加熱，在工件內(nèi)部形成熔核。斷電后熔核在電極壓力作用下凝固結(jié)晶，形成點焊接頭。圖7-7電阻點焊原理1．點焊原理和接頭形成過程

點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方法。它適用于制造可以采用搭接接頭、不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓、軋制的薄板構(gòu)件。點焊時每完成一個接頭稱為一個點焊循環(huán)。普通的點焊循環(huán)包括預壓、通電加熱、冷卻結(jié)晶和休止四個相互銜接的階段，如圖7-8所示。圖7-8點焊時的焊接循環(huán)圖7-9點焊方法示意圖2．點焊方法

點焊通常按電極饋電方向在一個點焊循環(huán)中所能形成的焊點數(shù)分類，如圖7-9所示；

a)雙面單點焊b)單面雙點焊c)單面單點焊d)雙面雙點焊e)多點焊（1）點焊接頭設(shè)計點焊通常采用搭接接頭和折邊接頭（見圖7-10）。接頭可由兩個或兩個以上等厚或不等厚度的工件組成。圖7-10點焊接頭型式3．點焊工藝（2）焊前清理工件表面的氧化膜、油污等均屬不良導體，這些因素的存在將直接影響熱量析出、熔核形成及電極壽命，并導致焊接缺陷產(chǎn)生及接頭強度降低，因此，焊前對工件表面進行清理是十分關(guān)鍵、重要的工序。目前常用的清理方法有機械清理與化學清理。各種清理方法的選擇，可按產(chǎn)量、材料、厚度、結(jié)構(gòu)形式及對表面狀態(tài)的要求而定。

通常是根據(jù)工件的材料和厚度，參考該種材料的焊接規(guī)范來選取。首先確定電極的端面形狀和尺寸。其次初步選定電極壓力和焊接時間，然后調(diào)節(jié)焊接電流試焊，并適當加以調(diào)整。從而合理選擇工藝參數(shù)，以求獲得最佳的點焊質(zhì)量。

（3）點焊工藝參數(shù)的選擇點焊工藝參數(shù)主要取決于金屬材料的性質(zhì)、板厚、結(jié)構(gòu)形式等。它主要包括焊接電流、通電時間、電極壓力、電極工作端面的形狀和尺寸。低碳鋼的點焊焊接性良好，無需特別的工藝措施，即可獲得滿意的焊接質(zhì)量。技術(shù)要點如下：1）焊前冷軋鋼板表面可不必清理，熱軋鋼板應去除氧化皮、鐵銹。2）建議采用強規(guī)范點焊，碳當量（CE）大者會產(chǎn)生一定的淬硬傾向，但一般不影響使用。3）焊厚板（δ＞3mm）時建議選用帶鍛壓力的壓力曲線，帶預熱脈沖電流或斷續(xù)通電的多脈沖點焊方式，選用三相低頻焊機焊接。4）低碳鋼屬鐵磁性材料，當工件尺寸大時應考慮分段調(diào)整焊接工藝參數(shù)，以彌補因工件伸入焊接回路過多而引起焊接電流的減弱。4．常用金屬材料的點焊（1）低碳鋼的點焊不銹鋼的導電、導熱率低，高溫強度大。必須采用較高的電極壓力，通常采用較短的焊接時間、強有力的內(nèi)部和外部水冷卻，并且要準確地控制加熱時間和焊接電流，以防止熱影響區(qū)晶粒長大和出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。馬氏體不銹鋼由于有淬火傾向，點焊時要求采用較長的焊接時間。為消除淬硬組織，最好采用焊后回火的雙脈沖點焊。點焊時一般不采用電極的外部水冷卻，以免因淬火而產(chǎn)生裂紋。（2）不銹鋼的點焊鋁合金點焊焊接性較差，尤其是熱處理強化型鋁合金。因此，點焊時應采取如下措施：1）焊前必須嚴格清理，存放時間不宜過長，否則極易引起飛濺和熔核成形不良。2）選用強規(guī)范進行焊接，選用容量大的焊機。3）應選用電導率和熱導率均高的電極，加強電極對焊點的冷卻作用，電極應經(jīng)常修整。4）焊機應能提供形成馬鞍形電極壓力和緩升緩降的焊接電流，電極的隨動性應好。（3）鋁合金的點焊點焊的設(shè)備應能以一定壓力壓緊工件，并向焊接區(qū)傳送電流。它由機座、焊接變壓器、加壓機構(gòu)及控制箱等幾部分組成，如圖所示。6．點焊設(shè)備能力知識點二凸焊凸焊是在點焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，凸焊點的形成機理與點焊基本相似，是點焊的一種變型。凸點的存在提高了接合面的壓強和電流密度，有利于接合面氧化膜破裂與熱量集中，使熔核迅速形成。1．凸焊原理和接頭形成過程凸焊是在一工件的接合面上預先加工出一個或多個凸起點，使其與另一工件表面相接觸、加壓，并通電加熱，凸起點壓潰后，使這些接觸點形成焊點的電阻焊方法。

預壓：形成導電回路通電加熱：凸點壓潰形成熔核冷卻結(jié)晶：壓力維持凸焊接頭形成過程：

④壓痕淺，電極磨損少；

⑤焊前對表面質(zhì)量要求（比點焊）低。缺點是結(jié)構(gòu)需要有凸點（往往需要專門沖制）、電極復雜，需要高電極壓力、高精度大功率焊機。凸焊的特點：①多個焊點可同時焊接，生產(chǎn)率高；②小電流焊接可以可靠地形成小熔核；③凸點位置、尺寸準確，強度均勻；

凸焊主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼的沖壓件，最適宜的厚度為0.5～4mm。凸焊多用于成批生產(chǎn)的倉口蓋、篩網(wǎng)、管殼以及T形、十字形、平板等零件的焊接，如圖所示。凸焊的適用范圍：（1）凸焊工藝參數(shù)凸焊時必須預先制備凸點，凸點形狀如圖7-14所示。凸點形狀、尺寸確定后，焊接電流、通電時間及電極壓力等參數(shù)對接頭質(zhì)量均有影響，其影響規(guī)律和點焊相似。應該指出的是，凸焊時電極壓力對接頭強度的影響比點焊時要嚴重的多。圖7-14凸點形狀a)半圓形b）圓錐形c)帶溢出環(huán)形槽的半圓形2．凸焊工藝參數(shù)和常用金屬材料的凸焊低碳鋼板的凸焊應用最廣。由于低碳鋼焊接性很好，如果工件表面清潔而無鐵銹、氧化皮、過多的油污、油脂和其它雜質(zhì)，都能獲得良好的焊點。焊前工件剪切邊緣和沖孔邊緣的毛刺應清除，否則在凸點被壓潰時．這些毛刺將形成電流和電極力的分路，影響焊點質(zhì)量。表7-4低碳鋼凸焊的工藝參數(shù)（2）常用金屬材料的凸焊

凸焊機的結(jié)構(gòu)與點焊機相類似，只是凸焊機一般采用平板形電極，要求活動部分靈敏。可在點焊機上實現(xiàn)凸焊，也可用專用的凸焊機。常用凸焊機型號為TN—200—1、TR—3000。3．凸焊機能力知識點三縫焊1．縫焊的原理及分類

縫焊即連續(xù)點焊?？p焊就是將工件裝配成搭接或?qū)咏宇^并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓工件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法（見圖）?？p縫實質(zhì)上就是由一連串重疊的焊點組成，故具有氣密性。這些焊點的形成過程與點焊相同，主要也分為預壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶三個階段。

根據(jù)滾輪電極旋轉(zhuǎn)（工件移動）與焊接電流通過（通電）的機—電配合方式，可將縫焊分為三種基本類型：

形式電流電極特點應用連續(xù)縫焊連續(xù)導通連續(xù)旋轉(zhuǎn)設(shè)備簡單、生產(chǎn)率高但電極磨損嚴重小功率焊機／非重要結(jié)構(gòu)斷續(xù)縫焊斷續(xù)導通連續(xù)旋轉(zhuǎn)設(shè)備簡單、焊接質(zhì)量較高、生產(chǎn)率中等應用廣泛，（黑色金屬）步進縫焊斷續(xù)斷續(xù)設(shè)備復雜，要求高，電極磨損少，焊接質(zhì)量高多用于鋁，鎂及其合金

縫焊的適用范圍：縫焊廣泛應用于2mm以下的各種鋼、高溫合金和鈦合金的縫焊，在汽車、拖拉機、飛機發(fā)動機、密封容器等產(chǎn)品的制造中得到廣泛應用?？p焊的工藝參數(shù)與點焊基本相同，有焊接電流、焊接時間、電極力、滾輪工作面寬度、縫焊速度和休止時間等。

電流：比點焊大15%~40%；電極壓力：對熔核的影響與點焊一致，數(shù)值通常比點焊大20%~50%；焊接時間和休止時間：主要通過時間控制熔核尺寸，通過休止時間控制重疊量；焊接速度：焊接速度與被焊金屬、板件厚度以及焊縫強度、質(zhì)量的要求等有關(guān)，通常較低。由于對縫焊接頭質(zhì)量的要求主要體現(xiàn)在接頭應具有良好的密封性和耐蝕性上，因此在選擇焊接工藝參數(shù)時應注意焊接工藝參數(shù)對焊透率和重疊量的影響。合格焊縫的標準應當是獲得符合焊縫強度要求的熔核尺寸，該熔核必須無縮孔，焊縫表面狀況良好。2．縫焊工藝參數(shù)的選擇3.常用金屬材料的縫焊

（1）低碳鋼：低碳鋼是焊接性最好的縫焊材料，更易得到優(yōu)質(zhì)的縫焊接頭。有高速、中速、低速三種縫焊方案。手工移動工件時，多采用中速；自動焊接時可以采用高速；焊機的容量不夠，只能采用低速。應注意其磁性在焊接回路中對電流的影響并采取相應措施。（2）不銹鋼：電導率和熱導率都比較低，宜采用小電流，短時間，大電極壓力，中焊速進行縫焊。（3）鋁合金：焊接性差，應用強規(guī)范進行縫焊。電極粘連嚴重，宜加強電極清理修整；建議用步進縫焊?？p焊機與點焊機的基本區(qū)別在于用旋轉(zhuǎn)的滾輪電極代替了固定的電極，其他如機身、阻焊變壓器、氣缸和加壓機構(gòu)等基本上與點焊機相同?？p焊機的結(jié)構(gòu)如圖所示。4．縫焊設(shè)備縫焊機可按下列特征進行分類（1）按工件移動方向分有縱縫焊機、橫縫焊機及圓縫焊機。（2）按饋電方式分有雙側(cè)縫焊機和單側(cè)縫焊機。（3）按滾輪電極數(shù)目分有雙輪縫焊機和單輪縫焊機。（4）按縫焊方法分有連續(xù)縫焊機、斷續(xù)縫焊機和步進式縫焊機。（5）按加壓機構(gòu)傳動方式分有腳踏式、電動凸輪式和氣壓式縫焊機。（6）按安裝方式分有固定式縫焊機和移動式縫焊機。綜合知識模塊四對焊對焊是一種高效率、易實現(xiàn)過程自動化的焊接方法。因此，在成批生產(chǎn)的工業(yè)部門中得到日益廣泛的應用。對焊是把兩工件相對放置，利用電阻熱為熱源，然后加壓將兩工件沿整個端面同時焊接起來的電阻焊方法。其主要特點是效率高、易于實現(xiàn)自動焊。通常按加壓和通電方式的不同將對焊分為電阻對焊、閃光對焊。對焊主要用于型材的接長(鋼軌等)、閉合零件的拼口(輪圈等)、異種金屬對焊(刀具等)、部件的組焊(后橋殼體等)。由于生產(chǎn)率高、質(zhì)量可靠、易于實現(xiàn)自動化，因而獲得了日益廣泛的應用，如圖7-18所示。能力知識點一對焊的特點和應用圖7-18各種對焊接頭a)鋼軌b)管子c)汽車輪緣d)窗框e)摩托輪圈f)汽車萬向軸套g)連桿h)排氣閥I)拉桿j)刀具電阻對焊是將工件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱將工件端面加熱到塑性狀態(tài)，然后迅速施加預鍛力完成焊接的方法，如圖7-19所示。圖7-19電阻對焊原理能力知識點二電阻對焊

從焊接頭形成過程看，電阻對焊和電阻點焊一樣分預壓、通電加熱和頂鍛三個階段：

預壓——形成導電回路，保證接頭緊密接觸。通電加熱——隨著通電加熱的進行，接觸面溫度急劇升高，使接頭一定范圍內(nèi)達到塑性狀態(tài)。頂鍛——擠出氧化物、使接頭在壓力下形成共同晶粒。

1．電阻對焊接頭形成過程電阻對焊時兩工件待焊端面始終壓緊，利用電阻熱將其加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛壓力而完成焊接。

（1）特點電阻對焊具有接頭光滑、毛刺小、焊接過程簡單、無弧光和飛濺，易于操作等優(yōu)點。但是其接頭的力學性能較低，焊前對工件端面的準備工件要求高，大斷面工件對焊尤為困難。(2)適用范圍電阻對焊主要適用于小斷面(小于250mm2)金屬型材的對接。不適合大斷面對接和薄壁管子對接。大斷面對接時，因端面很難做到全面接觸，而未接觸部分被氣化，頂鍛時難以把它排擠出去，從而導致接頭質(zhì)量下降。薄壁管對焊的困難主要是頂鍛時容易引起管壁壓曲失穩(wěn)。電阻對焊可焊的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、銅合金和許多鋁合金等。

2．電阻對焊的特點與適用范圍

(1)焊前準備工件的端面，以及與夾鉗接觸的表面必須進行嚴格清理，除去塵土、油、氧化物和其他夾雜物。（2）電阻對焊工藝參數(shù)的選擇電阻對焊的主要工藝參數(shù)有伸出長度、焊接電流密度（或焊接電流）、通電時間、焊接壓力和預鍛壓力。3.焊接工藝表7-10電阻對焊工藝參數(shù)

閃光對焊是將工件裝配對正后，接通電源，并使工件端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點（產(chǎn)生閃光），使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達到預熱溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，如圖7-21所示。圖7-21閃光對焊原理能力知識點三閃光對焊閃光對焊分為連續(xù)閃光對焊和預熱閃光對焊兩類。連續(xù)閃光對焊有閃光和預鍛兩個主要階段；預熱閃光對焊有預熱、閃