電阻焊焊接原理

焊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(jìn)行焊接的方法稱為電阻焊。電阻焊具有生產(chǎn)效率高、低成本、節(jié)省材料、易于自動(dòng)化等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、電子、汽車、輕工等各工業(yè)部門，是重要的焊接工藝之一。

一、焊接熱的產(chǎn)出及影響因素

點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定：Q=IIRt（J）————（1）

式中：Q——產(chǎn)生的熱量（J）、I——焊接電流（A）、R——電極間電阻（歐姆）、t——焊接時(shí)間（s）

1.電阻R及影響R的因素

電極間電阻包括工件本身電阻Rw，兩工件間接觸電阻Rc，電極與工件間接觸電阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew——（2）

當(dāng)工件和電極一定時(shí)，工件的電阻取決與它的電阻率.因此，電阻率是被焊材料的重要性能.電阻率高的金屬其導(dǎo)電性差（如不銹鋼）電阻率低的金屬其導(dǎo)電性好（如鋁合金）。因此，點(diǎn)焊不銹鋼時(shí)產(chǎn)熱易而散熱難，點(diǎn)焊鋁合金時(shí)產(chǎn)熱難而散熱易.點(diǎn)焊時(shí)，前者可用較小電流（幾千安培），而后者就必須用很大電流（幾萬安培）。電阻率不僅取決與金屬種類，還與金屬的熱處理狀態(tài)、加工方式及溫度有關(guān)。

接觸電阻存在的時(shí)間是短暫，一般存在于焊接初期，由兩方面原因形成：

1）工件和電極表面有高電阻系數(shù)的氧化物或臟物質(zhì)層，會(huì)使電流遭到較大阻礙。過厚的氧化物和臟物質(zhì)層甚至?xí)闺娏鞑荒軐?dǎo)通。

2）在表面十分潔凈的條件下，由于表面的微觀不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接觸點(diǎn)。在接觸點(diǎn)處形成電流線的收攏。由于電流通路的縮小而增加了接觸處的電阻。

電極與工件間的電阻Rew與Rc和Rw相比，由于銅合金的電阻率和硬度一般比工件低，因此很小，對熔核形成的影響更小，我們較少考慮它的影響。

2.焊接電流的影響

從公式（1）可見，電流對產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大。因此，在焊接過程中，它是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。引起電流變化的主要原因是電網(wǎng)電壓波動(dòng)和交流焊機(jī)次級回路阻抗變化。阻抗變化是因?yàn)榛芈返膸缀涡螤钭兓蛞蛟诖渭壔芈分幸氩煌康拇判越饘?。對于直流焊機(jī)，次級回路阻抗變化，對電流無明顯影響。

3.焊接時(shí)間的影響

為了保證熔核尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度，焊接時(shí)間與焊接電流在一定范圍內(nèi)可以相互補(bǔ)充。為了獲得一定強(qiáng)度的焊點(diǎn)，可以采用大電流和短時(shí)間（強(qiáng)條件，又稱硬規(guī)范），也可采用小電流和長時(shí)間（弱條件，也稱軟規(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(jī)的功率。對于不同性能和厚度的金屬所需的電流和時(shí)間，都有一個(gè)上下限，使用時(shí)以此為準(zhǔn)。

4.電極壓力的影響

電極壓力對兩電極間總電阻R有明顯的影響，隨著電極壓力的增大，R顯著減小，而焊接電流增大的幅度卻不大，不能 影響因R減小引起的產(chǎn)熱減少。因此，焊點(diǎn)強(qiáng)度總隨著焊接壓力增大而減小。解決的辦法是在增大焊接壓力的同

時(shí)，增大焊接電流。

5.電極形狀及材料性能的影響

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(diǎn)強(qiáng)度將降低。

6.工件表面狀況的影響

工件表面的氧化物、污垢、油和其他雜質(zhì)增大了接觸電阻。過厚的氧化物層甚至?xí)闺娏鞑荒芡ㄟ^。局部的導(dǎo)通，由于電流密度過大，則會(huì)產(chǎn)生飛濺和表面燒損。氧化物層的存在還會(huì)影響各個(gè)焊點(diǎn)加熱的不均勻性，引起焊接質(zhì)量波動(dòng)。因此徹底清理工件表面是保證獲得優(yōu)質(zhì)接頭的必要條件。

二、熱平衡及散熱

點(diǎn)焊時(shí)，產(chǎn)生的熱量只有一小部分用于形成焊點(diǎn)，較大部分因向臨近物質(zhì)傳導(dǎo)或輻射而損失掉了，其熱平衡方程式：

Q=Q1+Q2————（3）其中：Q1——形成熔核的熱量、Q2——損失的熱量

有效熱量Q1取決與金屬的熱物理性能及熔化金屬量，而與所用的焊接條件無關(guān)。Q1=10%-30%Q，導(dǎo)熱性好的金屬（鋁、銅合金等）取下限；電阻率高、導(dǎo)熱性差的金屬（不銹鋼、高溫合金等）取上限。損失熱量Q2主要包括通過電極傳導(dǎo)的熱量（30%-50%Q）和通過工件傳導(dǎo)的熱量（20%Q左右）。輻射到大氣中的熱量5%左右。

三、焊接循環(huán)

點(diǎn)焊和凸焊的焊接循環(huán)由四個(gè)基本階段（如圖點(diǎn)焊過程）：

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）焊接時(shí)間——焊接電流通過工件，產(chǎn)熱形成熔核。

3）維持時(shí)間——切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核凝固到足夠強(qiáng)度。

4）休止時(shí)間——電極開始提起到電極再次開始下降，開始下一個(gè)焊接循環(huán)。為了改善焊接接頭的性能，有時(shí)需要將下列各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)加于基本循環(huán)：

1）加大預(yù)壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。

2）用預(yù)熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺；凸焊時(shí)這樣做可以使多個(gè)凸點(diǎn)在通電焊接前與平板均勻接觸，以保證各點(diǎn)加熱的一致。

3）加大鍛壓力以壓實(shí)熔核，防止產(chǎn)生裂紋或縮孔。

4）用回火或緩冷脈沖消除合金鋼的淬火組織，提高接頭的力學(xué)性能，或在不加大鍛壓力的條件下，防止裂紋和縮孔。

四、焊接電流的種類和適用范圍

1.交流電 可以通過調(diào)幅使電流緩升、緩降，以達(dá)到預(yù)熱和緩冷的目的，這對于鋁合金焊接十分有利。交流電還可以用于多脈沖點(diǎn)焊，即用于兩個(gè)或多個(gè)脈沖之間留有冷卻時(shí)間，以控制加熱速度。這種方法主要應(yīng)用于厚鋼板的焊接。

2.直流電 主要用于需要大電流的場合，由于直流焊機(jī)大都三相電源供電，避免單相供電時(shí)三相負(fù)載不平衡。

五、金屬電阻焊時(shí)的焊接性

下列各項(xiàng)是評定電阻焊焊接性的主要指標(biāo)：

1.材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性 電阻率小而熱導(dǎo)率大的金屬需用大功率焊機(jī)，

其焊接性較差。

2.材料的高溫強(qiáng)度 高溫（0.5-0.7Tm）屈服強(qiáng)度大的金屬，點(diǎn)焊時(shí)容易產(chǎn)生飛濺，縮孔，裂紋等缺陷，需要使用大的電極壓力。必要時(shí)還需要斷電后施加大的鍛壓力，焊接性較差。

3.材料的塑性溫度范圍 塑性溫度范圍較窄的金屬（如鋁合金），對焊接工藝參數(shù)的波動(dòng)非常敏感，要求使用能精確控制工藝參數(shù)的焊機(jī)，并要求電極的隨動(dòng)性好。焊接性差。

4.材料對熱循環(huán)的敏感性 在焊接熱循環(huán)的影響下，有淬火傾向的金屬，易產(chǎn)生淬硬組織，冷裂紋；與易熔雜質(zhì)易于形成低熔點(diǎn)的合金易產(chǎn)生熱裂紋；經(jīng)冷卻作強(qiáng)化的金屬易產(chǎn)生軟化區(qū)。防止這些缺陷應(yīng)該采取相應(yīng)的工藝措施。因此，熱循環(huán)敏感性大的金屬焊接性也較差

電阻焊(resistance welding)是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。

電阻焊方法主要有四種，即點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、對焊，（見圖)

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電阻焊概述

電阻焊的種類很多，常用的有點(diǎn)焊、縫焊、對焊和凸焊三種。

一、點(diǎn)焊

點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。點(diǎn)焊主要用于薄板焊接。

點(diǎn)焊的工藝過程：

1、預(yù)壓，保證工件接觸良好。

2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。

3、斷電鍛壓，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，形成組織致密、無縮孔、裂紋的焊點(diǎn)。

二、縫焊

縫焊的過程與點(diǎn)焊相似，只是以旋轉(zhuǎn)的圓盤狀滾輪電極代替柱狀電極，將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。

縫焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu)，板厚一般在3mm以下。

三、對焊

對焊是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法。

四、凸焊

凸焊是點(diǎn)焊的一種變型形式;在一個(gè)工件上有預(yù)制的凸點(diǎn)，凸焊i時(shí)，一次可在接頭處形成一個(gè)或多個(gè)熔核。

1、電阻對焊

電阻對焊是將焊件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，

電阻對焊主要用于截面簡單、直徑或邊長小于20mm和強(qiáng)度要求不太高的焊件。

2、閃光對焊

閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn)，在大電流作用下，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(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。 閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好，焊縫力學(xué)性能與母材相當(dāng)，而且焊前不需要清理接頭的預(yù)焊表面。閃光對焊常用于重要焊件的焊接?？珊竿N金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。

電阻焊接的品質(zhì)是由以下4個(gè)要素決定的：

1.電流，2.通電時(shí)間，3.加壓力，4.電阻頂端直徑

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電阻焊的優(yōu)點(diǎn)

1、熔核形成時(shí)，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(shí)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，以及氧、乙炔、氫等焊接材料，焊接成本低。

4、操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，改善了勞動(dòng)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。但閃光對焊因有火花噴濺，需要隔離。

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電阻焊的缺點(diǎn)

1、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的破壞性試驗(yàn)來檢查，以及靠各種監(jiān)控技術(shù)來保證。

2、點(diǎn)、縫焊的搭接接頭不僅增加了構(gòu)件的重量，且因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均較低。

（3)設(shè)備功率大，機(jī)械化、自動(dòng)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(jī)不利于電網(wǎng)的平衡運(yùn)行。

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我國電阻焊的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著航空航天、電子、汽車、家用電器等工業(yè)的發(fā)展、電阻焊越加受到廣泛的重視。同時(shí)，對電阻焊的質(zhì)量也提出了更高的要求。可喜的是，我國微電子技術(shù)的發(fā)展和大功率可控硅、整流器的開發(fā)，給電阻焊技術(shù)的提高提供了條件。目前我國已生產(chǎn)了性能優(yōu)良的次級整流焊機(jī)。由集成電路和微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制箱已用于新焊機(jī)的配套和老焊機(jī)的改造。恒流、動(dòng)態(tài)電阻，熱膨脹等先進(jìn)的閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)已開始在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。這一切都將有利于提高電阻焊質(zhì)量，并擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

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電阻焊基本原理

焊接熱的產(chǎn)生及影響產(chǎn)熱的因素點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)生的熱量由下式?jīng)Q定：

Q =I″Rt (6-1）

式中Q——產(chǎn)生的熱量(J)

I″——焊接電流(A)的平方

R——電極間電阻(Ω)

t——焊接時(shí)間(s）

1.電阻R及影響R的因素式（6-1）中的電極間電阻包括工件本身電阻R。，兩工件間接觸電阻R},電極與工作間接觸電

阻R

點(diǎn)焊時(shí)的電阻

R =2Rw,-l-Rc-I-2Rm (6-2)分布和電流線

當(dāng)工件和電極已定時(shí)，工件的電阻取決于它的電阻率。因此，電阻率是被焊材料的重要性能。電阻率高的金屬其導(dǎo)熱性差（如不銹鋼），電阻率低的金屬其導(dǎo)熱性好（如鋁合金）。因此，點(diǎn)焊不銹鋼時(shí)產(chǎn)熱易而散熱難，點(diǎn)焊鋁合金時(shí)產(chǎn)熱難而散熱易。點(diǎn)焊時(shí)，前者可以用較小電流（幾千安培），后者就必須用很大電流（幾萬安培）。

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主要參數(shù)對焊接的影響

1.焊接電流的影響

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