电阻焊机

工作原理

      电阻焊机由电源、电极及其加压机构和控制系统构成。电极用高强度铜合金制成，内部（或外部）通水冷却。加压机构可以是手动、气压或液压机构。控制系统复杂程度依所要求的焊接质量而定。采用电子或微处理机控制时，能自动精确控制整个焊接过程，并提高其稳定性。用50赫交流电源的交流电阻焊机一般用降压变压器，次级空载电压约1～36伏，电流从几千到几万安，电功率可达1000千伏安以上。电阻焊机主要用于焊接钢铁材料。使用较低频率电源的焊机称为低频电阻焊机，可焊接钢铁材料和有色金属。用直流脉冲、电容储能和次级整流电源的焊机称为直流电阻焊机，用于焊接有色金属和钢铁材料。

焊接方法

      通过电极对焊件施加压力，同时利用电流通过接触点产生的电阻热进行焊接的方法，又称接触焊。电阻焊的形式有点焊、凸焊、缝焊和对焊。电阻焊生产率高，容易实现机械化和自动化，但所需焊机复杂而且耗用电功率大，主要用于大批量生产。

　　点焊 　将工件搭接在上、下两个电极之间并压紧，通电后工件局部熔化，冷却后凝固形成焊点。焊点直径通常为单个工件厚度的2倍加3毫米，焊点高度为工件总厚度的30～70％。焊点的数目和电流大小，根据接头所需要的强度选择。点焊常用于飞机、汽车、铁路车辆和电器等薄壁构件的联接，也可用于钢筋、棒材或金属丝网的交叉联接。适合采用点焊的厚度：低碳钢一般为3毫米，钢筋和棒材直径可达25毫米。焊接两个厚度不等的工件时厚度比应小于 1:3。单点焊的生产率一般可达每分钟 100点。大量生产中往往采用专用的多点焊机。

　　凸焊 　将被焊工件之一在焊前冲出或压出凸点或凸环，用平板电极焊接。焊接过程与点焊相同。焊时凸点被压平，形成接头，可同时焊接许多点或一个环。凸焊适用于大量生产和焊接厚度相差较大的工件，如飞机的孔盖、加强板、晶体管的管壳等。

　　缝焊 　又称滚焊，采用旋转的圆盘形电极。它能加压、通电并带动工件前进，形成一连串的焊点， 焊接电流可以是连续的或断续的。焊缝要求密封时，焊点间重叠30％以上。缝焊主要用于直线、环状或圆形焊缝的焊接，如油箱、气瓶、喷气发动机的火焰筒，以及壳体和安装边等，板厚一般在2毫米以下，焊接速度约0.5～3米／分。

　　对焊 　把整个工件接触面对接焊合。低碳钢接头强度可达到母材强度。对焊包括闪光对焊和电阻对焊。①闪光对焊：将两个工件接上电源，并使其接触面移近直至接触，产生的电阻热使金属强烈加热而烧化，并以火花形式从接口中射出，当加热到一定程度时，迅速施加压力完成焊接。闪光对焊可将熔化的金属、渣和氧化物从接口中挤出。因此，工件不需要焊前清理。闪光对焊在工业中应用较广，可用于焊接棒材、板材、管子、钢轨、链条和刀具，以及汽车和自行车轮圈等。②电阻对焊：将两工件接触面压紧，通电加热达到热塑性状态时，迅速施加顶锻力完成焊接。接头外形比较匀称，没有毛刺，但焊前端面清理要求较高，仅适用于焊接小断面的工件，例如直径为20毫米以下的棒材或管子。

影响因素

      一、焊接热的产出及影响因素

　　点焊时产生的热量由下式决定：Q=IIRt（J）————（1）

　　式中：Q——产生的热量（J）、I——焊接电流（A）、R——电极间电阻（欧姆）、t——焊接时间（s）

　　1.电阻R及影响R的因素

　　电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew

　　当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（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，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。

　　接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，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质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质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。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。

　　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，在焊接过程中，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。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。

　　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相互补充。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，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。

　　4.电极压力的影响

　　电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显着减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能 影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。

　　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，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显着影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。

　　6.工件表面状况的影响

　　工件表面的氧化物、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。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。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、热平衡及散热

　　点焊时，产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失掉了，其热平衡方程式：

　　Q=Q1+Q2————（3）其中：Q1——形成熔核的热量、Q2——损失的热量

　　有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化金属量，而与所用的焊接条件无关。Q1=10%-30%Q，导热性好的金属（铝、铜合金等）取下限；电阻率高、导热性差的金属（不锈钢、高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量5%左右。

　　三、焊接循环

　　点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段（如图点焊过程）：

　　1）预压阶段——电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。

　　2）焊接时间——焊接电流通过工件，产热形成熔核。

　　3）维持时间——切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。

　　4）休止时间——电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。

　　为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环：

　　1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。

　　2）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅；凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。

　　3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。

　　4）用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，或在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。