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电阻焊的基本原理电阻焊的基本原理一、概述一、概述电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点焊、 缝焊、 凸焊、 对焊，见图 61。图图 61 主要电阻焊方法主要电阻焊方法点焊时，工件只在有限的接触面上。即所谓“点”上被焊接起来，并形成扁球形的熔核。点焊又可分为单点焊和多点焊。多点焊时；使用两对以上的电极，在同一工序内形成多个熔核。缝焊类似点焊。 缝焊时，工件在两个旋转的盘状电极(滚盘)间通过后，形成一条焊点前后搭接的连续焊缝。凸焊是点焊的一种变型。在一个工件上有预制的凸点，凸焊时，一次可在接头处形成一个或多个熔核。对焊时，两工件端面相接触，经过电阻加热和加压后沿整个接触面被焊接起来。电阻焊有下列优点：(1)熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。(2)加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力也小，通常在焊后不必安排校正和热处理工序。(3)不需要焊丝、 焊条等填充金属，以及氧、 乙炔、 氩等焊接材料，焊接成本低。(4)操作简单，易于实现机械化和自动化，改善了劳动条件。(5)生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离。电阻焊缺点：(1)目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。(2)点、 缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，且因在两板间熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。(3)设备功率大，机械化、 自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行。随着航空航天、 电子、 汽车、 家用电器等工业的发展，电阻焊越来受到社会的重视，同时，对电阻焊的质量也提出了更高的要求。可喜的是，我国微电子技术的发展和大功率可控硅、整流器的开发，给电阻焊技术的提高提供了条件。目前我国已生产了性能优良的次级整流焊机。由集成元件和微型计算机制成的控制箱已用于新焊机的配套和老焊机的改造。恒流、动态电阻，热膨胀等先进的闭环监控技术已开始在生产中推广应用。这一切都将有利于提高电阻焊质量，并扩大其应用领域。二、电阻焊基本原理二、电阻焊基本原理(一)焊接热的产生及影响产热的因素点焊时产生的热量由下式决定：QI2Rt (61)式中 Q产生的热量(J)I焊接电流(A)R电极间电阻(n)t焊接时间(s)1电阻R 及影响尺的因素式(61)中的电极间电阻包括工件本身电阻 Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工作间接触电阻Rew(图 62)。R2Rw+Rc+2Rew(62)图图 62 点焊时的电阻分布和电流线点焊时的电阻分布和电流线当工件和电极已定时，工件的电阻取决于它的电阻率。因此，电阻率是被焊材料的重要性能。电阻率高的金属其导热性差(如不锈钢)，电阻率低的金属其导热性好(如铝合金)。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易。点焊时，前者可以用较小电流(几千安培)，后者就必须用很大电流(几万安培)。电阻率不仅取决于金属种类，还与金属的热处理状态和加工方式有关。通常金属中含合金元素越多，电阻率就越高。 淬火状态的又比退火状态的高。 例如退火状态的LY12 铝合金电阻率为 43·cm，淬火时则高达 73·cm。金属经冷作加工后，其电阻率也增高。各种金属的电阻率还与温度有关。随着温度的升高，电阻率增高，并且金属熔化时的电阻率比熔化前高12 倍。电极压力变化将改变工件与工件、工件与电极间的接触面积。从而也将影响电流线的分布(参见图 62)。随着电极压力的增大，电流线的分布将较分散，因之工件电阻将减小。熔核开始形成时，由于熔化区的电阻增大，将迫使更大部分电流从其周围的压接区(塑性焊接环)流过，使该区再陆续熔化，熔核不断扩展，但熔核直径受电极端面直径的制约，一般不超过电极端面直径的 20，熔核过分扩展，将使塑性焊接环因失压而难以形成，而导致熔化金属的溅出(飞溅)。式(2)中的接触电阻只，由两方面原因形成：(1)工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物层，使电流受到较大阻碍，过厚的氧化物和脏物层甚至会使电流不能导通。(2)在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点，在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通道的缩小而增加了接触处的电阻。电极压力增大时，粗糙表面的凸点将被压溃，凸点的接触面增大，数量增多，表面上的氧化膜也更易被挤破。温度升高时，金属的压溃强度降低(低碳钢 600时，铝合金350，压溃强度趋于 0)，即使电极压力不变，也会有凸点接触面增大、数量增多的结果。可见，接触电阻将随电极压力的增大和温度的升高而显著减小。因此，当表面清理十分洁净时，接触电阻仅在通电开始极短的时间内存在，随后就会迅速减小以至消失。接触电阻尽管存在的时间极短，但在以很短的加热时间点焊铝合金薄件时，对熔核的形成和焊点强度的稳定性仍有非常显著的影响。Rew 与 Rc 相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此Rew 与Rc 更小，对熔核形成的影响也更小。2焊接电流的影响从公式(1)可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在点焊过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因回路的几何形状变化或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。除焊接电流总量外，电流密度也对加热有显著影响。通过已焊成焊点的分流，以及增大电极接触面积或凸焊时的凸点尺寸，都会降低电流密度和焊热接热，从而使接头强度显著下降。3焊接时间的影响为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以互为补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间(强条件，又称强规范)，也可以采用小电流和长时间(弱条件，又称弱规范)。选用强条件还是弱条件，则取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。但对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都仍有一个上、下限，超过此限，将无法形成合格的熔核。4电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻只有显著影响，随着电极压力的增大，R 显著减小。此时焊接电流虽略有增大，但不能影响因R 减小而引起的产热的减少。因此，焊点强度总是随着电极压力的增大而降低。在增大电极压力的同时，增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小的影响，可以保持焊点强度不变。采用这种焊接条件有利于提高焊点强度的稳定性。电极压力过小，将引起飞溅，也会使焊点强度降低。5电极形状及材料性能的影响由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因而电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积将增大，焊点强度将降低。6工件表面状况的影响工件表面上的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的不均匀性还会影响各个焊点加热的不一致，引起焊接质量的波动。因此，彻底清理工件表面是保证获得优质接头的必要条件。(二)焊接循环点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段组成(如图 63)。图图 63 点焊和凸焊的基本焊接循环点焊和凸焊的基本焊接循环F电极压力 I焊接电流 t1预压时间 t2焊接时间t3维持时间 t4止时间(1)预压时间由电极开始下降到焊接电流开始接通的时间。这一时间是为了确保在通电之前电极压紧工件，使工件间有适当的压力。(2)焊接时间焊接电流通过工件并产生熔核的时间。(3)维持时间焊接电流切断后，电极压力继续保持的时间。在此时间内，熔核凝固并冷却至具有足够强度。(4)休止时间由电极开始提起到电极再次开始下降，准备在下一个待焊点压紧工件的时间。休止时间只适用于焊接循环重复进行的场合。通电焊接必须在电极压力达到满值后进行，否则，可能因压力过低而飞溅，或因压力不一致影响加热，造成焊点强度的波动。电极提起必须在电流全部切断之后，否则，电极工件间将引起火花，甚至烧穿工件。这一点在直流脉冲焊机上尤为重要。