焊工工藝學(xué)第五版教學(xué)課件第十章-電阻焊

第十章電阻焊§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)§10-2電阻焊設(shè)備§10-3電阻焊工藝思考與練習(xí)12一、電阻焊的原理§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)二、電阻焊的特點(diǎn)三、電阻焊的分類及應(yīng)用3一、電阻焊的原理電阻焊是指焊件組合后通過(guò)電極施加壓力，利用電流通過(guò)接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。這里用最常用的電阻焊方法——點(diǎn)焊的電阻分布來(lái)說(shuō)明電阻焊電阻的組成，如圖所示。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)點(diǎn)焊時(shí)電阻的分布Rc—工件之間的接觸電阻Rew—電極與工件的接觸電阻Rw—工件本身電阻4二、電阻焊的特點(diǎn)電阻焊與其他焊接方法相比有以下特點(diǎn)：1．由于是內(nèi)部熱源，熱量集中，加熱時(shí)間短，在焊點(diǎn)形成過(guò)程中始終被塑性環(huán)包圍，故電阻焊冶金過(guò)程簡(jiǎn)單，熱影響區(qū)小，變形小，易于獲得質(zhì)量較高的焊接接頭。2．電阻焊焊接速度快，特別對(duì)點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)，有時(shí)1s可焊接4～5個(gè)焊點(diǎn)，故生產(chǎn)效率高。3．除消耗電能外，電阻焊不需消耗焊條、焊絲、乙炔、焊劑等，可節(jié)省材料，因此成本較低。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)5二、電阻焊的特點(diǎn)4．操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。5．電阻焊所產(chǎn)生的煙塵、有害氣體少，改善了勞動(dòng)條件。6．由于焊接在短時(shí)間內(nèi)完成，需要用大電流及高電極壓力，因此焊機(jī)容量大，設(shè)備成本較高，維修較困難，而且常用的大功率單相交流焊機(jī)不利于電網(wǎng)的正常運(yùn)行。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)6二、電阻焊的特點(diǎn)7．電阻焊焊機(jī)大多工作固定，不如焊條電弧焊等靈活、方便。8．點(diǎn)焊、縫焊的搭接接頭不僅增大了構(gòu)件的質(zhì)量，而且因?yàn)樵趦砂彘g熔核周圍形成尖角，致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度降低。9．目前尚缺乏簡(jiǎn)單而又可靠的電阻焊無(wú)損檢測(cè)方法，只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗(yàn)來(lái)檢查，以及靠各種監(jiān)控技術(shù)來(lái)保證焊接質(zhì)量。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)7三、電阻焊的分類及應(yīng)用電阻焊的分類方法很多，一般可根據(jù)接頭形式和工藝方法、焊接電流和電源能量種類來(lái)劃分，具體分類方法如圖所示。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)電阻焊的分類8三、電阻焊的分類及應(yīng)用目前常用的電阻焊方法主要是點(diǎn)焊、縫焊、凸焊和對(duì)焊，如圖所示。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)電阻焊的分類9點(diǎn)焊時(shí)，將焊件搭接裝配后，壓緊在兩圓柱形電極間，并通以很大的電流，兩焊件接觸電阻較大，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，迅速將焊件接觸處加熱到熔化狀態(tài)，形成似透鏡狀的液態(tài)熔池（焊核），當(dāng)液態(tài)金屬達(dá)到一定數(shù)量后斷電，在壓力的作用下，冷卻凝固形成焊點(diǎn)?！?0-1電阻焊的原理及特點(diǎn)1．點(diǎn)焊10縫焊與點(diǎn)焊相似，也是搭接形式。在縫焊時(shí)，以旋轉(zhuǎn)的滾盤(pán)代替點(diǎn)焊時(shí)的圓柱形電極。焊件在旋轉(zhuǎn)滾盤(pán)的帶動(dòng)下向前移動(dòng)，電流斷續(xù)或連續(xù)地由滾盤(pán)流過(guò)焊件時(shí)，即形成縫焊焊縫。因此，縫焊的焊縫實(shí)質(zhì)上是由許多彼此相重疊的焊點(diǎn)組成的?！?0-1電阻焊的原理及特點(diǎn)2．縫焊11凸焊是點(diǎn)焊的一種變型，是在一工件的貼合面上預(yù)先加工出一個(gè)或多個(gè)凸起點(diǎn)，使其與另一工件表面相接觸并通電加熱，然后壓塌，使這些接觸點(diǎn)形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。進(jìn)行凸焊時(shí)，一次可在接頭處形成一個(gè)或多個(gè)熔核。凸焊的種類很多，除了板件凸焊外，還有螺母和螺釘類零件凸焊、線材交叉凸焊、管子凸焊和板材T形凸焊等。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)3．凸焊12對(duì)焊是指將工件裝配成對(duì)接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力從而完成焊接的方法。對(duì)焊均為對(duì)接接頭，按加壓和通電方式不同分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)4．對(duì)焊13（1）電阻對(duì)焊進(jìn)行電阻對(duì)焊時(shí)，將焊件置于鉗口（即電極）中夾緊，并使兩端面壓緊，然后通電加熱，當(dāng)零件端面及附近金屬加熱到一定溫度（塑性狀態(tài)）時(shí)，突然增大壓力進(jìn)行頂鍛，使兩個(gè)零件在固態(tài)下形成牢固的對(duì)接接頭。§10-1電阻焊的原理及特點(diǎn)4．對(duì)焊14（2）閃光對(duì)焊閃光對(duì)焊是對(duì)焊的主要形式，在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。進(jìn)行閃光對(duì)焊時(shí)，將焊件置于鉗口中夾緊后，先接通電源，然后移動(dòng)可動(dòng)夾頭，使焊件緩慢靠攏接觸，因端面?zhèn)€別點(diǎn)的接觸而形成火花，加熱到一定程度（端面有熔化層，并沿長(zhǎng)度有一定塑性區(qū)）后，突然加速送進(jìn)焊件并進(jìn)行頂鍛，這時(shí)熔化金屬全部被擠出接合面之外，而靠大量塑性變形形成牢固的接頭?！?0-1電阻焊的原理及特點(diǎn)4．對(duì)焊15一、電阻焊電源及電極§10-2電阻焊設(shè)備二、點(diǎn)焊機(jī)和對(duì)焊機(jī)三、縫焊機(jī)和凸焊機(jī)16一、電阻焊電源及電極（1）電流大，電壓低電阻焊是以電阻熱為熱源的，為了使工件加熱到足夠的溫度，必須施加很大的焊接電流。常用的電流為2～40kA，在鋁合金點(diǎn)焊或鋼軌對(duì)焊時(shí)甚至可達(dá)150～200kA。§10-2電阻焊設(shè)備1．電阻焊電源17（2）功率大，可調(diào)節(jié)由于焊接電流很大，雖然電壓不高，焊機(jī)仍可達(dá)到比較大的功率，一般電阻焊電源的容量均可達(dá)幾十千瓦，大功率電源甚至高達(dá)1000kW以上，并且為了適應(yīng)各種不同焊件的需要，還要求焊機(jī)的功率能方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)?！?0-2電阻焊設(shè)備1．電阻焊電源18（3）斷續(xù)工作狀態(tài)，無(wú)空載運(yùn)行電阻焊通常是在焊件裝配好后才接通電源的，電源一旦接通，變壓器便在負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，一般無(wú)空載運(yùn)行的情況發(fā)生。其他工序（如裝卸、夾緊等）一般不需接通電源，因此變壓器處于斷續(xù)工作狀態(tài)?！?0-2電阻焊設(shè)備1．電阻焊電源19電極用于導(dǎo)電與加壓，并決定主要散熱量，所以，電極材料、形狀、工作端面尺寸和冷卻條件對(duì)焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率都有很大影響。標(biāo)準(zhǔn)電極（即直電極）有五種形式，如圖所示。§10-2電阻焊設(shè)備2．電阻焊電極標(biāo)準(zhǔn)電極的形式a）錐形電極b）夾頭電極c）球形電極d）偏心電極e）平面電極1—端部2—主體3—尾部4—冷卻水孔20二、點(diǎn)焊機(jī)和對(duì)焊機(jī)固定式點(diǎn)焊機(jī)的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示，它由機(jī)座、加壓機(jī)構(gòu)、焊接回路、電極、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)與調(diào)節(jié)裝置等組成。其中主要部分是加壓機(jī)構(gòu)、焊接回路和控制裝置?！?0-2電阻焊設(shè)備1．點(diǎn)焊機(jī)固定式點(diǎn)焊機(jī)a）結(jié)構(gòu)圖b）外形圖1—電源2—加壓機(jī)構(gòu)3—電極4—焊接回路5—機(jī)座6—傳動(dòng)與減速機(jī)構(gòu)7—開(kāi)關(guān)與調(diào)節(jié)裝置21（1）加壓機(jī)構(gòu)電阻焊在焊接中需要對(duì)工件進(jìn)行加壓，所以加壓機(jī)構(gòu)是點(diǎn)焊機(jī)的重要組成部分。（2）焊接回路焊接回路是指除焊件之外參與焊接電流導(dǎo)通的全部零件所組成的導(dǎo)電通路，它由變壓器、電極夾、電極、機(jī)臂、導(dǎo)電蓋板、母線和導(dǎo)電銅排等組成。§10-2電阻焊設(shè)備1．點(diǎn)焊機(jī)22（3）控制裝置控制裝置是由開(kāi)關(guān)和同步控制兩部分組成的。§10-2電阻焊設(shè)備1．點(diǎn)焊機(jī)23對(duì)焊機(jī)的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示。它由機(jī)架、焊接變壓器、活動(dòng)電極、固定電極、送給機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)等部分組成。§10-2電阻焊設(shè)備2．對(duì)焊機(jī)對(duì)焊機(jī)a）結(jié)構(gòu)圖b）外形圖1—固定夾具2—電極與夾緊機(jī)構(gòu)3—活動(dòng)夾具4—導(dǎo)軌5—送給機(jī)構(gòu)6—調(diào)節(jié)閘刀7—機(jī)架8—電源進(jìn)線24（1）機(jī)架機(jī)架一般由型材焊接而成，其內(nèi)部裝有焊接變壓器、氣路系統(tǒng)、水路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。（2）焊接回路對(duì)焊機(jī)的焊接回路一般包括電極、導(dǎo)電平板、二次軟線及變壓器二次線圈。§10-2電阻焊設(shè)備2．對(duì)焊機(jī)25（3）電極與夾緊機(jī)構(gòu)電極位于夾緊機(jī)構(gòu)之中。焊件置于上、下電極之間，通過(guò)手柄轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿壓緊。（4）送給機(jī)構(gòu)送給機(jī)構(gòu)的作用是使焊件同夾具一起沿導(dǎo)軌移動(dòng)，并提供必要的頂鍛力，動(dòng)作應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)沖擊?！?0-2電阻焊設(shè)備2．對(duì)焊機(jī)26三、縫焊機(jī)和凸焊機(jī)縫焊、凸焊與點(diǎn)焊相似，僅是電極不同，凸焊多采用平面電極，而縫焊則以旋轉(zhuǎn)的滾盤(pán)代替點(diǎn)焊時(shí)的圓柱形電極。縫焊機(jī)和凸焊機(jī)的外形如圖所示。§10-2電阻焊設(shè)備縫焊機(jī)和凸焊機(jī)的外形a）縫焊機(jī)b）凸焊機(jī)27一、點(diǎn)焊工藝§10-3電阻焊工藝二、對(duì)焊工藝三、縫焊工藝28一、點(diǎn)焊工藝點(diǎn)焊的焊接循環(huán)有四個(gè)基本階段，如圖所示?！?0-3電阻焊工藝1．點(diǎn)焊焊接循環(huán)點(diǎn)焊的焊接循環(huán)a）預(yù)壓階段b）焊接階段c）結(jié)晶階段d）休止階段e）結(jié)構(gòu)圖1—電極2—工件3—熔核29（1）預(yù)壓階段——電極下降到電流接通階段，確保電極壓緊工件，使工件間有適當(dāng)壓力。（2）焊接階段——焊接電流通過(guò)工件，產(chǎn)生熱量，形成熔核。（3）結(jié)晶階段——切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核冷卻結(jié)晶，此階段也稱為鍛壓階段。（4）休止階段——電極開(kāi)始提起到電極再次開(kāi)始下降，開(kāi)始下一個(gè)焊接循環(huán)。§10-3電阻焊工藝1．點(diǎn)焊焊接循環(huán)30點(diǎn)焊接頭形式有搭接接頭和卷邊接頭，如圖所示?！?0-3電阻焊工藝2．點(diǎn)焊接頭形式接頭形式a）搭接接頭b）卷邊接頭e—焊點(diǎn)間距b—邊距31（1）邊距與搭接寬度邊距是指焊點(diǎn)到焊件邊緣的距離。（2）焊點(diǎn)間距焊點(diǎn)間距是為避免點(diǎn)焊產(chǎn)生的分流影響焊點(diǎn)質(zhì)量而規(guī)定的數(shù)值。焊搭接寬度及焊點(diǎn)間距最小值見(jiàn)表?！?0-3電阻焊工藝2．點(diǎn)焊接頭形式點(diǎn)焊搭接寬度及焊點(diǎn)間距最小值32（3）裝配間隙接頭的裝配間隙應(yīng)盡可能小，因?yàn)榭繅毫οg隙將消耗一部分壓力，使實(shí)際的壓力降低。生產(chǎn)中還會(huì)遇到圓棒與圓棒、圓棒與板材的點(diǎn)焊，其點(diǎn)焊的接頭形式如圖所示。§10-3電阻焊工藝2．點(diǎn)焊接頭形式圓棒與圓棒及圓棒與板材的點(diǎn)焊a）圓棒與圓棒的點(diǎn)焊b）圓棒與板材的點(diǎn)焊33焊點(diǎn)尺寸包括熔核直徑（d）、熔深（h）和壓痕深度（C），如圖所示。§10-3電阻焊工藝3．焊點(diǎn)尺寸焊點(diǎn)尺寸d—熔核直徑δ—焊件厚度C—壓痕深度h—熔深34（1）熔核偏移產(chǎn)生的原因熔核偏移是指不等厚度、不同材料點(diǎn)焊時(shí)，熔核不對(duì)稱于交界面而向厚板或?qū)щ?、?dǎo)熱性差的一邊偏移的現(xiàn)象。如圖所示，圖中ρ為電阻率?！?0-3電阻焊工藝4．熔核偏移及其防止方法不等厚度、不同材料點(diǎn)焊時(shí)的熔核偏移a）不等厚度（δ1<δ2）b）不同材料（ρ1<ρ2）35（2）防止熔核偏移的方法防止熔核偏移的原則：增加薄板或?qū)щ?、?dǎo)熱性好的工件的產(chǎn)熱量，還要加強(qiáng)厚板或?qū)щ?、?dǎo)熱性差的工件的散熱。常用的方法如下：1）采用強(qiáng)規(guī)范。2）采用不同接觸表面直徑的電極。3）采用不同的電極材料。4）采用工藝墊片?！?0-3電阻焊工藝4．熔核偏移及其防止方法36（1）焊接電流焊接電流是決定產(chǎn)熱大小的關(guān)鍵因素，將直接影響熔核直徑與焊透率，必然影響到焊點(diǎn)的強(qiáng)度。（2）焊接時(shí)間焊接時(shí)間對(duì)產(chǎn)熱與散熱均產(chǎn)生一定的影響，在焊接時(shí)間內(nèi)，焊接區(qū)產(chǎn)出的熱量除部分散失外，將逐步積累，用來(lái)加熱焊接區(qū)，使熔核擴(kuò)大到所要求的尺寸?！?0-3電阻焊工藝5．點(diǎn)焊焊接參數(shù)37（3）電極壓力電極壓力大小將影響焊接區(qū)的加熱程度和塑性變形程度。隨著電極壓力的增大，則接觸電阻減小，使電流密度降低，從而減慢加熱速度，導(dǎo)致焊點(diǎn)熔核直徑減小。（4）電極端部形狀與尺寸根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)形式、焊件厚度及表面質(zhì)量要求等參數(shù)的不同，應(yīng)使用不同形狀的電極。§10-3電阻焊工藝5．點(diǎn)焊焊接參數(shù)38低碳鋼點(diǎn)焊焊接參數(shù)見(jiàn)表。§10-3電阻焊工藝5．點(diǎn)焊焊接參數(shù)低碳鋼點(diǎn)焊焊接參數(shù)39二、對(duì)焊工藝閃光對(duì)焊的焊件準(zhǔn)備包括端面幾何形狀、毛坯端頭的加工和表面清理。進(jìn)行閃光對(duì)焊時(shí)，兩工件對(duì)接面的幾何形狀和尺寸應(yīng)基本一致（見(jiàn)圖）；否則，將不能保證兩工件的加熱和塑性變形一致，從而影響接頭質(zhì)量?！?0-3電阻焊工藝1．焊件準(zhǔn)備閃光對(duì)焊的接頭形式a）合理b）不合理40（1）閃光階段在焊件兩端面接觸時(shí)，許多小觸點(diǎn)通過(guò)大的電流密度而熔化形成液態(tài)金屬過(guò)梁。（2）頂鍛階段閃光階段結(jié)束時(shí)，立即對(duì)工件施加足夠的頂鍛壓力，過(guò)梁爆破被停止，進(jìn)入頂鍛階段。§10-3電阻焊工藝2．閃光對(duì)焊過(guò)程41（1）伸出長(zhǎng)度伸出長(zhǎng)度影響沿工件軸向的溫度分布和接頭的塑性變形。一般情況下，棒材和厚壁管材伸出長(zhǎng)度為（0.7～1.0）d，d為圓棒料的直徑或方棒料的邊長(zhǎng)。對(duì)于薄板（δ=1～4mm），為了頂鍛時(shí)不失穩(wěn)，伸出長(zhǎng)度一般?。?～5）δ，如圖所示。§10-3電阻焊工藝3．閃光對(duì)焊焊接參數(shù)閃光對(duì)焊伸出長(zhǎng)度和閃光對(duì)焊留量的分配Δ—焊件上總留量Δf—閃光留量Δ′—有電頂鍛留量Δ″—無(wú)電頂鍛留量l0—伸出長(zhǎng)度42（2）閃光電流和頂鍛電流閃光電流取決于工件截面積和閃光所需要的電流密度，電流密度的大小又與被焊金屬的物理性能、閃光速度、工件截面積和形狀以及端面的加熱狀態(tài)有關(guān)。在閃光過(guò)程中，隨著閃光速度的逐漸提高和接觸電阻Rc的逐漸減小，電流密度將增大?！?0-3電阻焊工藝3．閃光對(duì)焊焊接參數(shù)43（3）閃光留量選擇閃光留量時(shí)，應(yīng)滿足在閃光結(jié)束時(shí)整個(gè)工件端面有一熔化金屬層，同時(shí)在一定深度上達(dá)到塑性變形溫度。（4）閃光速度足夠大的閃光速度才能保證閃光強(qiáng)烈和穩(wěn)定，但閃光速度過(guò)大會(huì)使加熱區(qū)過(guò)窄，增加塑性變形的難度。§10-3電阻焊工藝3．閃光對(duì)焊焊接參數(shù)44（5）頂鍛留量頂鍛留量影響液態(tài)金屬的排出和塑性變形的大小。（6）頂鍛速度為避免接口區(qū)因金屬冷卻而造成液態(tài)金屬排出及塑性變形的困難，以及防止端面金屬氧化，頂鍛速度越快越好。（7）頂鍛壓力頂鍛壓力通常以單位面積的壓力，即頂鍛壓強(qiáng)來(lái)表示?！?0-3電阻焊工藝3．閃光對(duì)焊焊接參數(shù)