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点焊机的工作原理

点焊机的工作原理

  焊(han)件组合后(hou)通过(guo)电(dian)极施加压力,利用电(dian)流通过(guo)接(jie)头的(de)接(jie)触面(mian)及邻(lin)近(jin)区(qu)域产(chan)生的(de)电(dian)阻热进(jin)行焊(han)接(jie)的(de)方(fang)法(fa)称为电(dian)阻焊(han)。电(dian)阻焊(han)具有生产(chan)效(xiao)率高、低成本、节省材(cai)料(liao)、易于自(zi)动化等特点,因此(ci)广泛应(ying)用于航空、航天、能源、电(dian)子、汽(qi)车、轻工(gong)等各(ge)工(gong)业部(bu)门(men),是重要的(de)焊(han)接(jie)工(gong)艺之一。



一、焊接热的(de)产(chan)出及影响因素(su)

点焊时(shi)产(chan)生的热量由下式决定:Q=IIRt(J)————(1)

式中(zhong):Q——产生的热量(J)、I——焊接(jie)电流(A)、R——电极(ji)间(jian)电阻(欧姆)、t——焊接(jie)时间(jian)(s)


    1.电阻R及(ji)影响R的(de)因素

电(dian)极(ji)间电(dian)阻(zu)包(bao)括工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)本身电(dian)阻(zu)Rw,两工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)间接(jie)触电(dian)阻(zu)Rc,电(dian)极(ji)与工(gong)(gong)件(jian)(jian)(jian)间接(jie)触电(dian)阻(zu)Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew——

当工(gong)件(jian)和电(dian)(dian)极(ji)一定时,工(gong)件(jian)的电(dian)(dian)阻(zu)(zu)取决(jue)与它的电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)(lv).因(yin)此(ci),电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)(lv)是(shi)被焊(han)材料的重(zhong)要性能(neng).电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)(lv)高的金(jin)(jin)属其(qi)导电(dian)(dian)性差(cha)(如(ru)不锈钢(gang))电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)(lv)低的金(jin)(jin)属其(qi)导电(dian)(dian)性好(hao)(如(ru)铝合金(jin)(jin))。因(yin)此(ci),点焊(han)不锈钢(gang)时产(chan)热(re)(re)易而散热(re)(re)难,点焊(han)铝合金(jin)(jin)时产(chan)热(re)(re)难而散热(re)(re)易.点焊(han)时,前者可(ke)用较小电(dian)(dian)流(liu)(几千安培),而后者就必须(xu)用很大电(dian)(dian)流(liu)(几万安培)。电(dian)(dian)阻(zu)(zu)率(lv)(lv)不仅取决(jue)与金(jin)(jin)属种类,还与金(jin)(jin)属的热(re)(re)处理状(zhuang)态、加工(gong)方(fang)式及温(wen)度(du)有关。

接触电(dian)阻存(cun)在的时间是短暂,一般存(cun)在于焊接初期,由两(liang)方面原因(yin)形成:

    1)工件和电(dian)极表面有高电(dian)阻(zu)系数的(de)氧化物或脏物质层,会使电(dian)流遭到较大阻(zu)碍(ai)。过厚(hou)的(de)氧化物和脏物质层甚至会使电(dian)流不(bu)能导通。

    2)在(zai)表面(mian)十分(fen)洁净的(de)条件下,由于表面(mian)的(de)微(wei)观不平度(du),使工件只能(neng)在(zai)粗糙表面(mian)的(de)局部形成接(jie)(jie)触点。在(zai)接(jie)(jie)触点处形成电流(liu)线的(de)收拢。由于电流(liu)通(tong)路的(de)缩(suo)小而增加了接(jie)(jie)触处的(de)电阻。

电极与(yu)工(gong)件(jian)间(jian)的电阻(zu)Rew与(yu)Rc和Rw相比,由(you)于铜合金的电阻(zu)率和硬度一般比工(gong)件(jian)低,因此(ci)很小(xiao),对熔核形(xing)成(cheng)的影响更小(xiao),J9九游会AG 较少考虑它的影响。


    2.焊接电(dian)流的影响

从公式(shi)(1)可见,电(dian)流(liu)对(dui)产(chan)热的(de)影响比电(dian)阻(zu)和时(shi)间两者都大。因(yin)此,在焊接过程(cheng)中,它是(shi)一个必(bi)须严格(ge)控制的(de)参数。引起(qi)电(dian)流(liu)变(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)的(de)主要原因(yin)是(shi)电(dian)网电(dian)压波动和交(jiao)流(liu)焊机(ji)次(ci)级(ji)(ji)回(hui)路(lu)阻(zu)抗(kang)变(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)。阻(zu)抗(kang)变(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)是(shi)因(yin)为回(hui)路(lu)的(de)几何形状(zhuang)变(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)或因(yin)在次(ci)级(ji)(ji)回(hui)路(lu)中引入不同量的(de)磁性金属。对(dui)于直流(liu)焊机(ji),次(ci)级(ji)(ji)回(hui)路(lu)阻(zu)抗(kang)变(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua),对(dui)电(dian)流(liu)无明显影响。


    3.焊(han)接时间的影响

为(wei)了保证熔核(he)尺寸和(he)(he)(he)焊点强(qiang)度(du)(du),焊接时间(jian)与焊接电流在一定范(fan)围内可(ke)以相互补充。为(wei)了获得(de)一定强(qiang)度(du)(du)的(de)(de)焊点,可(ke)以采用(yong)(yong)(yong)大电流和(he)(he)(he)短时间(jian)(强(qiang)条件(jian),又(you)称硬规(gui)(gui)(gui)范(fan)),也可(ke)采用(yong)(yong)(yong)小电流和(he)(he)(he)长时间(jian)(弱条件(jian),也称软规(gui)(gui)(gui)范(fan))。选用(yong)(yong)(yong)硬规(gui)(gui)(gui)范(fan)还是软规(gui)(gui)(gui)范(fan),取决于(yu)金(jin)属(shu)的(de)(de)性能、厚(hou)(hou)度(du)(du)和(he)(he)(he)所(suo)用(yong)(yong)(yong)焊机的(de)(de)功率。对于(yu)不同性能和(he)(he)(he)厚(hou)(hou)度(du)(du)的(de)(de)金(jin)属(shu)所(suo)需(xu)的(de)(de)电流和(he)(he)(he)时间(jian),都有一个上(shang)下(xia)限,使用(yong)(yong)(yong)时以此为(wei)准。


    4.电极压(ya)力的(de)影(ying)响(xiang)

电极(ji)压力(li)对两电极(ji)间总(zong)电阻(zu)R有明显的(de)影(ying)响,随(sui)着电极(ji)压力(li)的(de)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da),R显著减小,而焊接电流增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)的(de)幅度却不大(da)(da),不能影(ying)响因R减小引起的(de)产热减少。因此,焊点强度总(zong)随(sui)着焊接压力(li)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)而减小。解决(jue)的(de)办法(fa)是在增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)焊接压力(li)的(de)同(tong)时,增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)焊接电流。


    5.电极形状及材料性能的(de)影响

由于电(dian)(dian)(dian)(dian)极的(de)(de)接(jie)触(chu)面积决定着(zhe)电(dian)(dian)(dian)(dian)流密度(du),电(dian)(dian)(dian)(dian)极材料的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻率和(he)导热(re)性(xing)关系(xi)着(zhe)热(re)量(liang)的(de)(de)产生和(he)散失,因此,电(dian)(dian)(dian)(dian)极的(de)(de)形状(zhuang)和(he)材料对熔核的(de)(de)形成有(you)显著影响。随(sui)着(zhe)电(dian)(dian)(dian)(dian)极端头的(de)(de)变形和(he)磨损,接(jie)触(chu)面积增大,焊点强度(du)将降低。


    6.工件表面状况(kuang)的(de)影(ying)响(xiang)

工(gong)件表面的氧化(hua)物、污垢、油和(he)其他杂质增大了接(jie)触(chu)电阻(zu)。过厚的氧化(hua)物层甚至会(hui)使电流(liu)(liu)不能通(tong)过。局部的导通(tong),由(you)于电流(liu)(liu)密度过大,则会(hui)产生飞溅和(he)表面烧损。氧化(hua)物层的存在还会(hui)影响各个(ge)焊点加热的不均匀(yun)性,引起焊接(jie)质量(liang)波动。因(yin)此(ci)彻底清(qing)理工(gong)件表面是保证获得(de)优(you)质接(jie)头的必要(yao)条件。


二、热(re)平(ping)衡及散热(re)


点焊时,产生的热(re)量(liang)只(zhi)有(you)一(yi)小部分用于(yu)形成焊点,较大部分因向临近(jin)物(wu)质传导或(huo)辐射(she)而损(sun)失掉了,其(qi)热(re)平(ping)衡方程式:

           Q=Q1+Q2————(3)其中:Q1——形成熔核的(de)热量、Q2——损失(shi)的(de)热量

有(you)效(xiao)热量(liang)Q1取决与(yu)金(jin)属的(de)(de)(de)热物理性能及熔(rong)化金(jin)属量(liang),而与(yu)所用的(de)(de)(de)焊(han)接条件无关。Q1=10%-30%Q,导热性好(hao)的(de)(de)(de)金(jin)属(铝(lv)、铜合(he)金(jin)等)取下(xia)限;电阻率(lv)高、导热性差的(de)(de)(de)金(jin)属(不锈钢、高温合(he)金(jin)等)取上限。损失热量(liang)Q2主要(yao)包括通过(guo)电极传导的(de)(de)(de)热量(liang)(30%-50%Q)和通过(guo)工件传导的(de)(de)(de)热量(liang)(20%Q左(zuo)右)。辐射到大(da)气中的(de)(de)(de)热量(liang)5%左(zuo)右。


三(san)、焊接循环

    点焊和凸焊的焊接(jie)循环由四个基本阶(jie)段(如(ru)图点焊过程):

    1)预(yu)压阶段——电极(ji)(ji)下(xia)降到电流接通(tong)阶段,确(que)保电极(ji)(ji)压紧工(gong)件(jian)(jian),使工(gong)件(jian)(jian)间有适当压力(li)。

    2)焊接时(shi)间——焊接电流通过工件,产热形成熔核。

    3)维持(chi)(chi)时间——切断(duan)焊接电流,电极压力继续维持(chi)(chi)至熔核凝(ning)固到(dao)足够(gou)强度。

    4)休止时间(jian)——电(dian)极开始提起到(dao)电(dian)极再次开始下(xia)降,开始下(xia)一(yi)个焊接循环。


    为了改善焊接接头(tou)的性能,有时(shi)需要将(jiang)下(xia)列各项中的一个(ge)或多(duo)个(ge)加于(yu)基本循环:

    1)加大预压力以消除厚工件(jian)之间的间隙,使(shi)之紧(jin)密贴合。

    2)用预热脉冲提高金属的塑(su)性,使工件易(yi)于紧密贴(tie)合(he)、防止飞溅;凸焊时这(zhei)样做可以(yi)使多个凸点在通电焊接前与平板(ban)均(jun)匀接触,以(yi)保(bao)证各点加(jia)热的一致(zhi)。

    3)加大锻压力以压实熔核,防止产生(sheng)裂纹(wen)或缩孔。

    4)用回火或(huo)缓冷(leng)脉冲(chong)消(xiao)除合金钢(gang)的淬火组织,提高接头的力学(xue)性能,或(huo)在不加大锻压(ya)力的条(tiao)件下,防止裂纹和缩孔。


四、焊接(jie)电流的种类和适用范(fan)围(wei)

    1.交流(liu)电(dian)可以(yi)通过调(diao)幅使(shi)电(dian)流(liu)缓升、缓降(jiang),以(yi)达到预热和缓冷的目的,这(zhei)对于铝合金焊(han)接十分(fen)有(you)(you)利(li)。交流(liu)电(dian)还可以(yi)用于多脉冲点焊(han),即(ji)用于两个或(huo)多个脉冲之间(jian)留有(you)(you)冷却时间(jian),以(yi)控制加热速度。这(zhei)种方法(fa)主(zhu)要应用于厚钢(gang)板的焊(han)接。

    2.直流(liu)(liu)电主要用于需要大(da)电流(liu)(liu)的场(chang)合,由于直流(liu)(liu)焊机大(da)都三(san)相电源供(gong)电,避免单(dan)相供(gong)电时三(san)相负载不(bu)平衡。


五、金属电阻焊机的焊接性(xing)


    下(xia)列各(ge)项是(shi)评(ping)定电阻焊焊接性的主要指标:

    1.材料(liao)的导电(dian)性和导热性电(dian)阻(zu)率小而热导率大(da)的金属需用(yong)大(da)功率焊机(ji),其焊接(jie)性较差。

    2.材料的高(gao)(gao)温强(qiang)度高(gao)(gao)温(0.5-0.7Tm)屈服强(qiang)度大的金属,点焊时容易产生飞溅,缩孔,裂纹等缺陷,需要使用大的电极压力。必(bi)要时还(hai)需要断电后施加(jia)大的锻压力,焊接性较差。

    3.材(cai)料的塑(su)性温度(du)范(fan)围塑(su)性温度(du)范(fan)围较窄的金属(shu)(如铝合(he)金),对焊(han)接(jie)工艺参数(shu)的波动非常(chang)敏(min)感,要求(qiu)使用能精(jing)确控制工艺参数(shu)的焊(han)机,并要求(qiu)电(dian)极的随动性好(hao)。焊(han)接(jie)性差。

    4.材料对热(re)循环(huan)的(de)敏感性(xing)在焊(han)接(jie)(jie)热(re)循环(huan)的(de)影响下,有淬火倾向的(de)金属(shu)(shu),易(yi)(yi)产(chan)(chan)生(sheng)(sheng)淬硬组织(zhi),冷裂纹;与易(yi)(yi)熔(rong)杂质易(yi)(yi)于形成低(di)熔(rong)点的(de)合金易(yi)(yi)产(chan)(chan)生(sheng)(sheng)热(re)裂纹;经冷却作强(qiang)化(hua)(hua)的(de)金属(shu)(shu)易(yi)(yi)产(chan)(chan)生(sheng)(sheng)软(ruan)化(hua)(hua)区。防止(zhi)这些缺陷应该采取相应的(de)工艺措施。因此,热(re)循环(huan)敏感性(xing)大的(de)金属(shu)(shu)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)也较(jiao)差。
 

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