點(diǎn)焊機(jī)原理
焊件組合后通過(guò)電極施加壓力,利用電流通過(guò)點(diǎn)凸焊機(jī)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(chē)、輕工等各工業(yè)部門(mén),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）如圖.
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(wàn)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(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.
2.焊接電流的影響
從公式（1）可見(jiàn),電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大.因此,在焊接過(guò)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(jí)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?jí)回路中引入不同量的磁性金屬.對(duì)于直流焊機(jī),次級(jí)回路阻抗變化,對(duì)電流無(wú)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(zhǎng)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(duì)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(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.
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(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.
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(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)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(wú)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(guò)電極傳導(dǎo)的熱量（30%-50%Q）和通過(guò)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(guò)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(guò)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(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.
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）如圖.
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(wàn)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(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.
2.焊接電流的影響
從公式（1）可見(jiàn),電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大.因此,在焊接過(guò)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(jí)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?jí)回路中引入不同量的磁性金屬.對(duì)于直流焊機(jī),次級(jí)回路阻抗變化,對(duì)電流無(wú)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(zhǎng)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(duì)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(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.
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(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.
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(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)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(wú)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(guò)電極傳導(dǎo)的熱量（30%-50%Q）和通過(guò)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(guò)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(guò)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(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.
相關(guān)標(biāo)簽:點(diǎn)焊機(jī)
