《汽車制造工藝技術(shù)》 教案 任務(wù)二 電阻點焊

編號：LNJD-PR08-RE08授課方案授課教師張德虎課程名稱汽車制造工藝技術(shù)1單元16授課時間年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第節(jié)第節(jié)第節(jié)班班班授課章節(jié)任務(wù)二電阻點焊教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：掌握電阻點焊的定義和主要參數(shù)選擇，了解電阻點焊的焊接循環(huán)過程能力目標(biāo)：能正確使用汽車電阻點焊設(shè)備素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生愛動腦、善于查資料的素質(zhì)重點難點重點：電阻點焊主要參數(shù)選擇和循環(huán)過程難點：電阻點焊設(shè)備教學(xué)地點普通教室□一體化教室R多媒體教室R實訓(xùn)室□實驗室□企業(yè)現(xiàn)場□其他教學(xué)方法及手段常規(guī)教學(xué)□啟發(fā)式教學(xué)√現(xiàn)場教學(xué)□案例教學(xué)□問題教學(xué)√項目教學(xué)√多媒體教學(xué)□演示教學(xué)□其他教學(xué)過程設(shè)計一、復(fù)習(xí)二、導(dǎo)入三、講授新課四、提問五、布置作業(yè)六、總結(jié)教學(xué)后記遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案用紙No授課內(nèi)容備注任務(wù)二電阻點焊【復(fù)習(xí)】1.電阻焊的概念、分類?2.電阻焊的工作原理？【導(dǎo)入】

汽車車身電阻點焊的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)如下圖：【講授新課】一、電阻點焊的定義

點焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間,并通以電流,利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱到熔化狀態(tài),使之形成金屬結(jié)合的一種方法。點焊的接頭形式是搭接。點焊時，將焊件壓緊在兩圓柱形電極間，并通以很大的電流，利用兩焊件接觸電阻較大，產(chǎn)生的熱量大，迅速將焊件接觸處加熱到熔化狀態(tài)，形成液態(tài)熔池（焊核），當(dāng)液態(tài)金屬達到一定數(shù)量后斷電，在壓力的作用下，冷卻凝固形成熔核，如圖4-8所示。點焊主要用于帶蒙皮的骨架結(jié)構(gòu)，例如汽車駕駛室、客車廂體和飛機翼尖翼肋等。圖2

點焊示意圖

1.點焊的電極點焊時，常用的電極材料有純銅電極、鎘青銅電極和鉻青銅電極。（1）純銅電極。純銅具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，但由于硬度和屈服強度較低，因此壽命很短。純銅電極適用于工作量不大的輕合金焊件的焊接。（2）鎘青銅電極。鎘青銅具有較好的力學(xué)性能和導(dǎo)電性(為純銅的90%)，常用來制造焊接黑色金屬的電極和有色金屬電極。（3）鉻青銅電極。鉻青銅電極具有相當(dāng)高的硬度，并有良好的導(dǎo)電性和較好的抗氧化能力，它的使用壽命長，因此被廣泛用于耐熱鋼和不銹鋼的焊接。2.點焊的接頭形式點焊時工件采用的接頭形式如圖4-9所示，分為單剪搭接、雙剪搭接、帶墊片對接以及彎邊搭接等幾種，其中單剪搭接接頭應(yīng)用最廣。二、電阻點焊的特點1）電阻點焊的優(yōu)點（1）熔核形成時始終被塑性環(huán)包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡單。（2）加熱時間短，熱量集中，故熱影響區(qū)小，變形與應(yīng)力也小，通常在焊后不必安排校正和熱處理工序。（3）不需要焊絲、焊條等填充金屬作焊接材料，焊接成本低。（4）操作簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化，改善了勞動條件。（5）生產(chǎn)率高，且無噪聲及有害氣體，在大批量生產(chǎn)中，可以和其他制造工序一起編到組裝線上。2）電阻點焊的缺點（1）點焊因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強度和疲勞強度均較低。（2）設(shè)備功率大，機械化、自動化程度較高，使設(shè)備成本較高、維修較困難，并且常用的大功率單相交流焊機不利于電網(wǎng)的平衡運行。（3）目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接質(zhì)量只能靠工藝試樣和工件破壞性試驗來檢查，靠各種監(jiān)控進行技術(shù)保證。三、電阻點焊主要參數(shù)選擇

1.焊件的焊前清理焊前必須清除焊件表面的油脂、臟物及氧化膜。因為這類雜質(zhì)的存在，會使焊件與焊件間、焊件與電極間的接觸電阻顯著增加，甚至出現(xiàn)局部不導(dǎo)電，破壞了電流和熱量的正常分布;在電流密度特別大的地方，發(fā)生金屬局部熔化、飛濺和表面過熱或燒穿焊件。如果氧化膜太厚，會使焊件接觸面絕緣，不能形成焊點。清理前，選用有機溶劑（汽油、丙酮等）或堿性溶液除去焊件表面的油漆和油脂，然后再去除表面的氧化膜，一般可用紗布、銅絲刷或噴砂處理。2.電阻點焊的能量

電阻點焊的能量是電阻熱，因此，它符合焦耳定律：

Q=I2RT

其中，Q—電阻點焊能量；

I

—焊接電流；

R—電焊過程中的動態(tài)電阻；

T—

焊接時間。

3.焊接電流

由于繞流現(xiàn)象產(chǎn)生的邊緣效應(yīng)，電流通過焊件時的分布將是不均勻的。即：兩電極間的電流密度是不均勻的。由右圖4可以看到：貼合面的邊緣電流密度出現(xiàn)峰值，該處加熱強度最大，因而將首先出現(xiàn)塑性連接區(qū)，這就是塑性環(huán)。熔核就是在塑性環(huán)里形成并長大的。塑性環(huán)的作用：防止熔核氧化和飛濺。4.焊接電阻

如右圖5所示：電極與工件間接觸電阻Rew、工件間的接觸電阻Re（Rew和Re被稱為接觸電阻）和工件自身的電阻Rw（Rw成為內(nèi)部電阻）構(gòu)成了點焊時電阻熱的發(fā)生機構(gòu)。其中，接觸電阻產(chǎn)熱約為5%-10%，內(nèi)部電阻產(chǎn)熱約90%-95%。由圖6可以看到：在其他焊接參數(shù)不變的情況下，隨著電極壓力的增大，焊接電阻迅速減小，當(dāng)電極壓力增加到一定值時，焊接電阻趨于穩(wěn)定。

5.溫度場的分布

溫度場是產(chǎn)熱與散熱相互作用的表現(xiàn)和結(jié)果.由于產(chǎn)熱電阻阻值的不同、電流線分布的不均勻性以及水冷銅合金電極的強烈冷卻作用，使溫度場的分布具有不均勻性.由圖7可以看出：點焊時板件貼合面處的溫度最高，這樣的分布有利于貼合面處的母材熔化形成熔核。

6.點焊焊接參數(shù)的選擇點焊時，主要的焊接參數(shù)有焊接電流、通電時間、電極接觸面積和電極壓力等。其焊接參數(shù)的選擇主要用實驗法，即試焊、檢驗，最后確定焊接規(guī)范。常用的低碳鋼點焊焊接參數(shù)見表4-3。四、電阻點焊焊接循環(huán)過程點焊的焊接過程由預(yù)壓、通電、維持、休止四部分組成。其焊接質(zhì)量的好壞與預(yù)壓力、通電時間、通電電流、工件性能、電極的形狀與材料等因素有直接關(guān)系，其中通電電流和通電時間對焊接質(zhì)量的影響最大。（1）預(yù)壓力的影響點焊的預(yù)壓力是由電極施加的，因此預(yù)壓力又稱為電極壓力。適當(dāng)?shù)碾姌O壓力對于保證焊接質(zhì)量十分有利，其原因是：適當(dāng)?shù)碾姌O壓力可以破壞焊接接頭表面的氧化物層，使焊接接頭表面保持良好的接觸，促進焊接接頭的熔合；熱熔時在電極壓力作用下形成的塑性環(huán)可防止周圍氣體侵入和液態(tài)熔核金屬沿板縫向外噴濺，這對于保證焊接質(zhì)量具有十分重要的作用。（2）焊接電流的影響點焊所需要的熱量完全由電流轉(zhuǎn)換而來，由此可見焊接電流對焊接質(zhì)量的影響。電流越大，所產(chǎn)生的焊接熱越大，焊接接頭處的金屬越容易熔化。不同的材料其熔化熱和散熱能力均有較大差異，因此焊接不同種類的金屬應(yīng)采用不同的焊接電流。此外，點焊接頭處金屬厚度的不同所需的焊接熱也存在很大的差異，因此焊接較厚的金屬時需要較大的焊接電流，焊接較薄的金屬時需要較小的電流，否則焊接接頭有被燒穿的危險。由此可見，焊接電流是一個必須嚴(yán)格控制的重要參數(shù)。引起電流變化的主要原因是電網(wǎng)電壓波動和交流焊機次級回路阻抗變化。（3）通電時間的影響通電時問又稱焊接時間，焊接時間與焊接電流在一定范圍內(nèi)可以相互補充。為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流、短時問焊接模式(簡稱強條件或硬規(guī)范)，也可采用小電流、長時間(簡稱弱條件或軟規(guī)范)。選用硬規(guī)范還是軟規(guī)范，取決于金屬的性能、厚度和所用焊機的功率。對于不同性能和厚度的金屬所需的電流和時問，都有一個上下限，選用時應(yīng)特別注意這一點。（4）電極形狀及材料的影響由于電極的接觸面積決定著電流密度，電極材料的電阻率和導(dǎo)熱性關(guān)系著熱量的產(chǎn)生和散失，因此，電極的形狀和材料對熔核的形成有顯著影響。隨著電極端頭的變形和磨損，接觸面積增大，焊點強度將降低。（5）工件性能的影響工件表面狀況如氧化物、污垢、油和其他雜質(zhì)等均會影響工件的導(dǎo)電性能，通常情況下都會增大焊接接頭處的接觸電阻。過厚的氧化物層甚至?xí)闺娏鞑荒軐?dǎo)通，使焊接過程無法進行。氧化物層的存在還會影響各個焊點加熱的均勻性，引起焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定。因此徹底清潔工件表面是保證獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的必要條件。除工件表面狀況會影響到焊接質(zhì)量外，工件材料的許多性能都會對點焊的有效性構(gòu)成較大影響：材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性越高，焊接性越差；材料的高溫強度越高、屈服強度越高，焊接性越差；材料的塑性溫度范圍越窄，對參數(shù)波動越敏感，焊接性越差；材料對熱循環(huán)的敏感性越強，焊接性越差；此外，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。（6）點焊參數(shù)的選用選擇點焊參數(shù)時可以采用計算法或查表法，無論采用哪種方法，所選擇出來的參數(shù)都不可能是十分精確和合適的，需針對具體工件的特點由實驗確定。五、電阻點焊的設(shè)備

目前在生產(chǎn)中的電阻焊焊機種類很多，按其用途可分為點焊焊機、縫焊焊機和對焊焊機等。

1.點焊機的分類1）按使用的電源不同，可分為工頻（即50Hz的交流電源）點焊機、脈沖點焊機、直流沖擊波點焊機、電容儲能式點焊機以及變頻點焊機（包括高頻點焊機和低頻點焊機）等，如圖4-11~4-15所示。

2）按加壓機構(gòu)傳動方式的不同，可分為腳踏杠桿式點焊機、電動凸輪式點焊機、氣壓傳動式點焊機、液壓傳動式點焊機以及復(fù)合（如氣壓-液壓式）點焊機等。

3）按電極的運動形式不同，可分為垂直行程式點焊機和圓弧行程式點焊機(圖4-16、圖4-17)。4）按一個焊接周期完成的焊點數(shù)不同，可分為單點式（如常用的DN2系列點焊機）、雙點式和多點式（如汽車制造專用的DNI3系列多頭點焊機）。5）按焊機安裝形式的不同，可分為固定式點焊機、移動式點焊機和懸掛式點焊機。

2.焊鉗電阻點焊設(shè)備在汽車生產(chǎn)中主要分兩類：懸掛式點焊焊機和機器人點焊設(shè)備。懸掛式點焊焊機由焊鉗、焊機變壓器、焊機控制器、水冷卻系統(tǒng)、氣動加壓系統(tǒng)和懸掛裝置等部分組成，根據(jù)焊臂的動作分為X型與C型兩種；機器人點焊設(shè)備主要由點焊控制器、焊鉗(包括阻焊變壓器)及水、電、氣等輔助部分組成。懸掛焊是采用工件不動，焊鉗移動的焊接方式，主要用于焊接一般固定式焊機不能或不便焊接的低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鍍層鋼、板材及圓鋼。而焊接機器人則采用焊鉗和工件都運動的焊接方式，其自動化和勞動強度都得到了很大的改觀，所以焊接機器人在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用尤為廣泛。（1）焊鉗概述點焊機的焊鉗由定焊臂、動焊臂、定電極、動電極、機體、懸臂、手柄、焊接啟動開關(guān)、氣缸和輔助行程開關(guān)等組成，如圖4-18所示。焊機主要分為X型和C型。X型懸掛焊機的焊臂能像剪刀一樣張開和閉合，該類焊機適用于尺寸大且焊接位喉深大的工件焊接，其常用焊臂長度有330mm、420mm、500mm、600mm，最長可達1200mm，特殊的還可定制。C型懸掛焊機靜止的焊臂似L狀，另一焊臂垂直于L型焊臂的短邊，兩條焊臂構(gòu)成的包圍圈在沒有閉合時像字母“C”因此而得名。此類焊機適用于工件大但焊接位喉深不大、對焊接速度要求較高的情況，例如風(fēng)管口里管道與法蘭角鐵的焊接。（2）焊鉗的分類焊鉗的分類方法有很多種，按應(yīng)用場合可分為便攜式焊鉗、自動平衡焊鉗和機器人焊鉗3大類。①便攜式焊鉗。便攜式焊鉗是用于手工操作的焊鉗，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、靈活方便，主要有普通型和一體化型兩大類。普通型是指焊鉗與阻焊變壓器分離，操作性能好，維修簡單，產(chǎn)品較為成熟；一體化型是指焊鉗與阻焊變壓器安裝在一起，共同固定在焊鉗手臂末端，其主要優(yōu)點是節(jié)省能量。一體式焊鉗的缺點是焊鉗重量增大，要求負載能力變大，但隨著逆變焊鉗的發(fā)展及機器人負載能力的提高，一體式焊鉗將得到廣泛的應(yīng)用，如圖4-19a所示。②自動平衡焊鉗。與便攜式焊鉗類似，只是在焊接時焊鉗不用人工控制，而將它與夾具配合，固定在夾具上，實現(xiàn)一定程度的自動化生產(chǎn)。③機器人焊鉗。點焊機器人用焊鉗與焊條電弧焊焊鉗一樣有C型和X型兩種，但與焊條電弧焊焊鉗相比其使用壽命長、尺寸精度高、結(jié)構(gòu)緊湊且重量輕。根據(jù)工件及焊接夾具的結(jié)構(gòu)形式來選取焊鉗的種類及結(jié)構(gòu)尺寸，對于較復(fù)雜的工件一般需要通過仿真來確定焊鉗的尺寸。與機器人連接可自動控制，精度高、效率高，但機構(gòu)較復(fù)雜、重量大，如圖4-19b所示。（3）焊鉗選用的基本原則

①

依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、夾具結(jié)構(gòu)和作業(yè)方位等確定合理的點焊鉗形式。②根據(jù)焊鉗的工作位置、工件形狀選擇焊鉗的門深、門高選擇，如圖4-20所示。③根據(jù)焊接板厚、加壓時間和焊接部位的材料等條件選擇電極加壓力，從而選擇氣缸直徑。④根據(jù)輔助行程和工作行程選擇氣缸的長度。

經(jīng)過輔助行程使焊鉗進入焊接部位，進入焊接部位后關(guān)閉輔助行程，改為工作行程。⑤根據(jù)客戶要求選擇電纜連接方式。⑥根據(jù)焊接條件來選擇手柄型號。

3.點焊機常見故障及排除方法點焊機常見故障及排除方法見表4-4。4.電阻焊機的使用、維護及安全注意事項1）焊機工作前，對各有關(guān)傳動部分加油，保證潤滑良好；2）焊機通水后方可進行操作；3）要經(jīng)常保持接觸器觸點清潔；4）電極與焊件接觸處應(yīng)保持光潔，必要時用細砂紙磨光；5）焊后應(yīng)及時清理焊機上的飛渣，防止金屬飛渣落入焊接變壓器線圈中發(fā)生短路；6）焊機在攝氏零度以下工作完畢后，應(yīng)使用壓縮空氣吹除冷卻管