電阻焊焊接原理

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(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。

四、焊接電流的種類和適用范圍

1.交流電 可以通過(guò)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(duì)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(chǎng)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(píng)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(duì)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(duì)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。