微型電阻焊接工藝研討

摘 要：電阻焊接工藝對(duì)焊接質(zhì)量的影響非常重要，對(duì)電阻焊接工藝的研究必然成為保證焊接質(zhì)量的必要條件。本文從電阻焊接系統(tǒng)的組成、工藝原理、接觸電阻、焊接熱平衡、焊接壓力、焊接時(shí)間、電極材料與結(jié)構(gòu)、焊接工藝循環(huán)等方面論述焊接工藝與焊接質(zhì)量的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：焊接熱；焊接電流；接觸電阻；電流密度；焊接壓力；熱平衡

1 電阻焊接系統(tǒng)的組成

電阻焊接系統(tǒng)的組成主要有：焊接變壓器、焊接電源、焊接機(jī)頭、電極、冷卻系統(tǒng)、次級(jí)電纜及監(jiān)控系統(tǒng)。

各部件的作用：

焊接變壓器：將電源生成的電流變換成焊接所需要的大電流；焊接電源：用于控制電流，并形成電阻焊焊接的各種波形；焊接機(jī)頭：用于對(duì)工件施加焊接壓力，并通過(guò)電極將電流傳遞至被焊件；電極：用于直接向被焊件施加壓力并導(dǎo)通電流；冷卻系統(tǒng)：用于對(duì)電極進(jìn)行冷卻以免電極過(guò)熱，延長(zhǎng)電極使用壽命；監(jiān)控系統(tǒng)：包括監(jiān)控儀和檢出線(xiàn)圈等，用于測(cè)定電流、電壓、加壓力等，以利于焊接品質(zhì)的管理

2 焊接基本原理

焊接過(guò)程遵循以下方程：

Q=I2Rt （1）

Q為焊接中產(chǎn)生的熱量、R（Ω）為焊接部位的電阻、I（A） 為焊接電流、t（sec）為通電時(shí)間。

3 焊接熱的產(chǎn)生及影響因素

電阻R及其影響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。電阻率不僅取決于金屬種類(lèi)，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(guò)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(xiàn)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(duì)熔核形成的影響更小，我們較少考慮它的影響。

3.1 焊接電流的影響

從公式（1）可見(jiàn)，電流對(duì)產(chǎn)熱為平方比關(guān)系，因此影響比電阻和時(shí)間兩者都大，焊接過(guò)程中，它是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。

3.2 焊接時(shí)間的影響

時(shí)間與發(fā)熱量程正比關(guān)系，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(chēng)硬規(guī)范），也可采用小電流和長(zhǎng)時(shí)間（弱條件，也稱(chēng)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。

3.3 電極壓力的影響

電極壓力對(duì)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。隨著焊接壓力增大，接觸電阻減少，電極與工件表面發(fā)熱量降低，焊接表面越好。反之表面容易變差，同時(shí)過(guò)小的焊接壓力容易出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象。

3.4 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(duì)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。

3.5 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(guò)厚的氧化物層甚至?xí)闺娏鞑荒芡ㄟ^(guò)。局部的導(dǎo)通，由于電流密度過(guò)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)焊接效果的必要條件。

4 熱平衡及散熱

焊接過(guò)程產(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為形成熔核的熱量、Q2為損失的熱量，損失熱量Q2主要包括通過(guò)電極傳導(dǎo)的熱量和通過(guò)工件傳導(dǎo)的熱量以及輻射到大氣中的熱量。

5 焊接循環(huán)

電阻焊接循環(huán)的四個(gè)基本階段：

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維持階段：切斷焊接電流，電極壓力繼續(xù)維持至熔核凝固到有足夠強(qiáng)度。

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)。

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。

6 焊接工藝參數(shù)確定

阻焊時(shí)影響焊接效果的因素有：電流I、通電時(shí)間t、接觸電阻R、電流密度（電極先端）和電極材料。以上要素被稱(chēng)為電阻焊的五大要素。

6.1 焊接電流的選定

A規(guī)范一短時(shí)間大電流（最佳規(guī)范）

B規(guī)范一中時(shí)間中電流（中等規(guī)范）

C規(guī)范一長(zhǎng)時(shí)間小電流（普通規(guī)范）

最初設(shè)定較低的焊接電流，逐漸增大焊接電流，直到發(fā)生飛濺。比發(fā)生飛濺時(shí)的電流值稍低的電流值就是適當(dāng)?shù)碾娏?。電流值與焊接機(jī)加壓系統(tǒng)追隨性相關(guān)。焊接機(jī)的追隨性愈好，愈容易施加較小的加壓力和大的導(dǎo)通電流，即獲得最佳的焊接效果。

6.2 焊接時(shí)間的選定

焊接部位產(chǎn)生的熱量隨著通電時(shí)間延長(zhǎng)而增大；但是，電極及焊接部位的散熱量也隨著通電時(shí)間延長(zhǎng)而增大，因此焊接部位的溫度在一定時(shí)間以后趨于飽和。而溫度飽和以后即使延長(zhǎng)通電時(shí)間，焊核也不會(huì)再增大，而且表面壓痕和熱變形也會(huì)增大，對(duì)材料產(chǎn)生不良的冶金效果。

6.3 加壓力的選定

最小加壓力的選擇以不產(chǎn)生飛濺為原則進(jìn)行選取，但是欲增加焊接強(qiáng)度，不僅要增大電流，同時(shí)還要增大加壓力。此時(shí)，將電流、加壓力由低慢慢上調(diào)，直至得到滿(mǎn)意的焊接質(zhì)量

6.4 電流密度

電流密度是指單位橫截面中的電流值。因此電流密度與有效面積程反比關(guān)系，電極表面粗糙，變形都會(huì)導(dǎo)致有效面積發(fā)生改變而影響熱量的分布及焊核的位置，最終影響焊接質(zhì)量。因此一直保持電流密度穩(wěn)定，就能防止焊接不良。這樣，進(jìn)行一定次數(shù)的焊接后更換或修磨電極就變得非常重要。

6.5 電極材料的選用

工件材料 選用電極材料

軟鋼 鉻銅合金（Cr-Cu）

銅 鎢、鉬（W、Mo）或鎢銅合金、鉬銅合金

黃銅 鉻銅合金（Cr-Cu）

不銹鋼 鉻銅合金（Cr-Cu）

銀 鎢銅合金（W一Cu）

鋁 鎢、鉬（W、Mo）

鎳 超質(zhì)鋁銅、鉻銅合金

7 總結(jié)

熟悉工藝過(guò)程的關(guān)鍵因素對(duì)焊接焊接質(zhì)量影響關(guān)系，可以很大程度的幫助我們分析焊接質(zhì)量缺陷，從工藝，設(shè)備，材料等方面提出改進(jìn)建議。希望通過(guò)分享微阻焊接方面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為同行從業(yè)者解決焊接工藝問(wèn)題提供一定的技術(shù)指導(dǎo)，不足之處希望有心之士共同探討交流。

參考文獻(xiàn)

[1]焊接手冊(cè)第一卷，焊接方法及設(shè)備 ISBN 7-111-03073-7/TG.674 機(jī)械工業(yè)出版社

[2]焊接設(shè)備選用手冊(cè) ISBN 7-111-18330-4/TG.-1599 機(jī)械工業(yè)出版社

作者簡(jiǎn)介

雷曉輝（1972-），男，大學(xué)畢業(yè)，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及制造工藝。