压力焊授课教案课件.ppt
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1、第一章第一章 电阻点焊的原理电阻点焊的原理第一节第一节 概述概述一、定义一、定义 焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电流通过焊件时产生的电阻热,熔化母材金利用电流通过焊件时产生的电阻热,熔化母材金属,冷却后形成焊点,这种电阻焊方法称为点焊。属,冷却后形成焊点,这种电阻焊方法称为点焊。二、特点二、特点1。靠尺寸不大的熔核连接;。靠尺寸不大的熔核连接;2。在大电流、短时间的条件下焊接;。在大电流、短时间的条件下焊接;3。在热和机械力联合作用下形成焊点。在热和机械力联合作用下形成焊点。 三、分类三、分类1。按焊接电流波形分。按焊接电流波形分工频工频
2、50或或60Hz低频低频 310Hz 2.5kHz450kHz交流交流高频高频脉冲脉冲电容储能电容储能直流冲击波直流冲击波2。按工艺特点分。按工艺特点分双面单点双面单点单面双点单面双点单面单点单面单点四、对点焊质量的要求四、对点焊质量的要求1)熔核直径)熔核直径32 d5d或或板厚板厚2)焊透率)焊透率)(mmd(%)A%100chAchd3)压痕)压痕c520%7030A1。熔核尺寸的几个基本概念。熔核尺寸的几个基本概念2)少数金属材料(如可淬硬钢等)对焊接热)少数金属材料(如可淬硬钢等)对焊接热循环极为敏感,当点焊工艺不当时,接头由于循环极为敏感,当点焊工艺不当时,接头由于被强烈淬硬而使强
3、度、塑性急剧降低。这时,被强烈淬硬而使强度、塑性急剧降低。这时,尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸,而且与其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸,而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。熔核及热影响区的组织及缺陷有关。1)多数金属材料(如低碳钢等)对焊接热循)多数金属材料(如低碳钢等)对焊接热循环不敏感,焊接区的组织无显著变化,也不易环不敏感,焊接区的组织无显著变化,也不易产生组织缺陷,其点焊接头强度主要与熔核尺产生组织缺陷,其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关;寸有关;2。对点焊质量的要求。对点焊质量的要求第二节第二节 点焊时
4、的电阻及加热点焊时的电阻及加热一、一、点焊时的电阻点焊时的电阻ewRewRwRwRcRwewcRRRR22dttrtiQ)()(24. 02VAC3801。接触电阻。接触电阻接触电阻形成原因示意图接触电阻形成原因示意图1)形成原因:焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。)形成原因:焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。2)影响因素:影响因素:(1)表面状态表面状态a) 清理方法清理方法b) 存放时间存放时间c) 表面粗糙度表面粗糙度(2)压力压力电极压力电极压力接触电阻接触电阻“滞后滞后”效应效应(3)温度温度1R2RRR等于等于1R与与2R并联值并联值2. 焊件内部电阻焊件内部电阻1) 几何特点
5、几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件导电区域远远大于以电极与焊件接触面为底,焊件厚度为高的圆柱体体积接触面为底,焊件厚度为高的圆柱体体积 电流场与电流密度分布电流场与电流密度分布 a)导线中导线中 b)单块板中单块板中 c)点焊时点焊时 i一电流线一电流线 j一电流密度一电流密度 jc一平均电流密度一平均电流密度预压时,电极压力的应力分布预压时,电极压力的应力分布焊点外观 电流场与电流密度分布电流场与电流密度分布 a)导线中导线中 b)单块板中单块板中 c)点焊时点焊时 i一电流线一电流线 j一电流密度一电流密度 jc一平均电流密度一平均电流密度2)边缘效应与绕流现象)边缘效应与绕流现象边缘
6、效应:在点焊过程中,当电流流过焊件时,边缘效应:在点焊过程中,当电流流过焊件时,电流将从板的中部向边缘扩展,使整个焊件的电流将从板的中部向边缘扩展,使整个焊件的电流场呈双鼓形。电流场呈双鼓形。 原因:焊件的横截面积远大于焊件与电极间的原因:焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积横截面积 。绕流效应:由于焊接区温度不均匀,促使电绕流效应:由于焊接区温度不均匀,促使电流线从中间向四周扩散的现象。流线从中间向四周扩散的现象。 3)焊件内部电阻的近似计算)焊件内部电阻的近似计算4222021dKKRTW。电极与焊件接触面直径单个焊件的厚度;焊接区金属的电阻率;展的系数;绕流现象引起电流场扩展的系数
7、;边缘效应引起电流场扩021dKKT1K0d84. 082. 01K0 1 2 3 4 5 61.00.80.60.40.2与不均匀加热程度有关,可在与不均匀加热程度有关,可在0.80.9范围内范围内选取。硬规范点焊时,焊接区温度很不均匀,选取。硬规范点焊时,焊接区温度很不均匀,应选低值;软规范点焊时,则取高值。应选低值;软规范点焊时,则取高值。2K3)影响因素:影响因素: 综上所述,边缘效应、绕流现象,均使点焊综上所述,边缘效应、绕流现象,均使点焊时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接触面为底的圆柱体内,而要向外有所扩展,因而触面为底的圆柱体内,
8、而要向外有所扩展,因而使焊件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。使焊件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。这些因素可归纳为;这些因素可归纳为;(1)金属材料的热物理性质)金属材料的热物理性质(2)机械性能)机械性能(3)点焊规范参数及特征)点焊规范参数及特征(4)焊件厚度等。)焊件厚度等。3 3。焊接区的总电阻:。焊接区的总电阻: 点焊过程中,焊件点焊过程中,焊件焊件和电极焊件和电极电极的接电极的接触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化,因触状态、焊接温度场及电场都在不断地变化,因此,引起焊接区的电阻也不断交化
9、。描述焊接过此,引起焊接区的电阻也不断交化。描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。需要强调的是,由于材料性能的不同,调的是,由于材料性能的不同,不同金属材料在不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大 。1)低碳钢)低碳钢 在低碳钢的点焊过程中,焊接区动态阻的变化在低碳钢的点焊过程中,焊接区动态阻的变化规律可以分为以下几个阶段规律可以分为以下几个阶段 : 下降段下降段t0t1:由于接触电阻的迅速降低:由于接触电阻的迅速降低及消失所造成。该阶段的主要特点是时间短,曲及消失所造成。该阶段的主要特点是时
10、间短,曲线呈陡降(例如,点焊线呈陡降(例如,点焊1.21.21.2mm1.2mm冷轧低碳钢冷轧低碳钢板,该段时间约为板,该段时间约为(1(12 2周波周波) ),焊接区金属未熔,焊接区金属未熔化但有明显加热痕迹。值得注意的是,当加热速化但有明显加热痕迹。值得注意的是,当加热速度较快时,该阶段将难以观测到。度较快时,该阶段将难以观测到。上升段上升段t1t2:随着加热的进行,焊接区温:随着加热的进行,焊接区温度升高,金属电阻率度升高,金属电阻率 的增加很快由于焊接的增加很快由于焊接区金属基本处于固态,接触面增加缓慢,因而区金属基本处于固态,接触面增加缓慢,因而的增大起主要作用,曲线上升较快。经过一
11、段时的增大起主要作用,曲线上升较快。经过一段时间加热后,焊接区温度已比较高,间加热后,焊接区温度已比较高,的增大速率的增大速率减小,而焊接区导电面积增加较快,结果使动态减小,而焊接区导电面积增加较快,结果使动态电阻增加速率减缓电阻增加速率减缓, ,最终达到最大值。一般认为,最终达到最大值。一般认为,接近峰值点时焊接区金属已局部熔化,开始形成接近峰值点时焊接区金属已局部熔化,开始形成熔核,达到温度稳定点。因为继续加热,金属将熔核,达到温度稳定点。因为继续加热,金属将不断由固态变成液态,使熔核逐渐增大,但此时不断由固态变成液态,使熔核逐渐增大,但此时输入功率作为潜热消耗,焊点温度不再升高。输入功率
12、作为潜热消耗,焊点温度不再升高。再次下降段再次下降段t t2 2t t3 3:继续加热使熔化区:继续加热使熔化区及塑性环不断扩展,虽然金属由固相向液及塑性环不断扩展,虽然金属由固相向液相转变时电阻率有突然的增大,但由于绕相转变时电阻率有突然的增大,但由于绕流现象,使得主要通过焊接电流的金属区流现象,使得主要通过焊接电流的金属区域电阻率并没有明显增大。绕流现象使电域电阻率并没有明显增大。绕流现象使电极下的导电通路截面增大:另一方面,由极下的导电通路截面增大:另一方面,由于金属的明显软化使接触面积迅速增大,于金属的明显软化使接触面积迅速增大,电流场的边缘效应减弱。结果均使得焊接电流场的边缘效应减弱
13、。结果均使得焊接区的电阻减小,曲线下降。区的电阻减小,曲线下降。平稳段平稳段t t3 3以后:由于电极与焊件接触面以后:由于电极与焊件接触面尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间,尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间,使焊件间间隙加大(板缝翘离),限制了熔使焊件间间隙加大(板缝翘离),限制了熔核和导电面积的增大。同时,由于电流场和核和导电面积的增大。同时,由于电流场和温度场均进入准稳态,熔核和塑性环尺寸也温度场均进入准稳态,熔核和塑性环尺寸也基本保持不变,动态电阻曲线将日趋平稳。基本保持不变,动态电阻曲线将日趋平稳。焊接通电时间动态电阻 (Cycle)1-6.30kA2-6.48kA3-6.
14、88kA4-8.38kA181614121086420455055606570758580不同焊接电流时动态电阻曲线不同焊接电流时动态电阻曲线 2)不锈钢)不锈钢二、点焊时的加热特点二、点焊时的加热特点 1。电阻对点焊加热的影响电阻对点焊加热的影响 1 1)接触电阻:产热)接触电阻:产热510% 作用:接触电阻产热对建立焊接初期的温度场作用:接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用及焊接电流的均匀化流过起重要作用 2 2)内部电阻:)内部电阻:9095% 作用:这部分热量是形核的基础,与电流场共作用:这部分热量是形核的基础,与电流场共同建立了焊接区的温度场分布及其变化
15、规律。同建立了焊接区的温度场分布及其变化规律。 2.电流场分布对点焊加热的影响电流场分布对点焊加热的影响 点焊时的电场点焊时的电场 其中电流线的含义是在它所限定的范围内的其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数,例如,电流占总电流的百分数,例如,80的电流线是的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的指它限定的范围内通过的电流占总电流的80。点焊时各典型截面的电流密度分布点焊时各典型截面的电流密度分布1)1)集中加热集中加热 点焊时,电流线在两焊件的贴合面点焊时,电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩,其结果就使贴合面处要产生集中收缩,其结果就使贴合面处产生了集中加热效果
16、,而该处正是点处产生了集中加热效果,而该处正是点焊时所需要连接的部位焊时所需要连接的部位2)2)塑性环塑性环 贴合面的贴合面的边缘电流密度边缘电流密度出现峰值,该出现峰值,该处加热强度最处加热强度最大,因而将首大,因而将首先出现密封的先出现密封的塑性连接区,塑性连接区,此密封环对保此密封环对保证熔核的正常证熔核的正常生长,防止氧生长,防止氧化和飞溅的产化和飞溅的产生有利。生有利。3)3)不均匀的温度场不均匀的温度场 4 4。点焊的热平衡。点焊的热平衡 21QQQ1Q2Q熔化母材金属形成熔核的热量,占总产热量熔化母材金属形成熔核的热量,占总产热量的的1030%,其大小取决于金属热物理性质,其大小
17、取决于金属热物理性质 、熔核大小(熔化金属量),与规范特征无关。熔核大小(熔化金属量),与规范特征无关。 由散热而损失的热量,占总产热量的由散热而损失的热量,占总产热量的7090%。散热途径:工件热传导,对流,辐射。最主散热途径:工件热传导,对流,辐射。最主要是电极散热,占要是电极散热,占3050%(铜电极水冷)其(铜电极水冷)其次是工件热传导次是工件热传导20%,对流辐射占对流辐射占5%,与电极与电极形状形状,材料物理性质材料物理性质,焊接规范均有关焊接规范均有关. 5. 点焊热源的特点点焊热源的特点1) 电阻焊热源产生于焊件内部,与熔化焊时的电阻焊热源产生于焊件内部,与熔化焊时的外部热源相
18、比,对焊接区的加热更为迅速、集中。外部热源相比,对焊接区的加热更为迅速、集中。2) 内部热源使整个焊接区发热,为获得合理的内部热源使整个焊接区发热,为获得合理的温度分布温度分布(例如,点焊时应使焊件贴合面处温度例如,点焊时应使焊件贴合面处温度高,而表面温度低高,而表面温度低),散热作用在电阻点焊的加,散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。热中具有重要意义。第二章第二章 电阻点焊工艺电阻点焊工艺第一节第一节 点焊过程分析点焊过程分析一、一、焊接循环焊接循环 1。定义:在电阻焊接过程中,完成一个焊点或定义:在电阻焊接过程中,完成一个焊点或焊缝所需要的全部过程或全部阶段焊缝所需要的全部过程或全部阶
19、段 2。点焊的基本焊接循环点焊的基本焊接循环 F,I加压加压通电焊接通电焊接维持维持休止休止加压加压F,IPIWIHIpFwFuF3 3。复杂的点焊焊接循环。复杂的点焊焊接循环 WPFF5 . 25 . 1WUFF32WPII5 . 025. 0WHII7 . 05 . 0二、二、点焊接头形成过程点焊接头形成过程 点焊接头形成的三个阶段点焊接头形成的三个阶段a) 预压预压 b) 、c)通电加热通电加热 d)冷却结晶冷却结晶1 1。预压阶段。预压阶段 1 1)机电特点:)机电特点:,= 2)作用:作用:减少接触电阻,增大导电截面,增加物理接触点,减少接触电阻,增大导电截面,增加物理接触点,为以后
20、焊接电流顺利通过创造条件;为以后焊接电流顺利通过创造条件;此外,在压力作用下,金属挤向间隙所引起的塑此外,在压力作用下,金属挤向间隙所引起的塑性变形,有助于在熔核四周形成密封熔核的环带性变形,有助于在熔核四周形成密封熔核的环带( (密封环密封环) )。 预压时,电极压力的应力分布预压时,电极压力的应力分布2 2。通电加热阶段。通电加热阶段 1)1)机电特点:机电特点:, 2)作用:作用: 在热和机械力联合作用下,形成塑性环在热和机械力联合作用下,形成塑性环和熔核,直到熔核长到所要求尺寸和熔核,直到熔核长到所要求尺寸. . 图图(B)表示两板搭接点焊时焊核生长过程的表示两板搭接点焊时焊核生长过程
21、的情况。情况。(a)表示开始导通电流的焊接初期,表示开始导通电流的焊接初期,由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完全接触,电流的边缘效应也较强,因此接触全接触,电流的边缘效应也较强,因此接触面外侧的电流密度很高,这部分的温度首先面外侧的电流密度很高,这部分的温度首先上升。上升。(b)表示又经过一段时间的状态,在表示又经过一段时间的状态,在外侧温度上升的地方,因电阻增加而温度继外侧温度上升的地方,因电阻增加而温度继续上升,并开始产生一部份热影响区,而与续上升,并开始产生一部份热影响区,而与电极相接触的表面则受到冷却。由于电流的电极相接触的表面则受到冷却。由于
22、电流的边缘效应,处于母材接合面和电极接触面中边缘效应,处于母材接合面和电极接触面中间的区域,温度不能升高,因此形成象两个间的区域,温度不能升高,因此形成象两个腰鼓对合起来的形状。腰鼓对合起来的形状。(c)表示再经过一段表示再经过一段短时间,开始形成焊核的状况。焊核中心区短时间,开始形成焊核的状况。焊核中心区因热量很难散走而温度上升,而与电极接触因热量很难散走而温度上升,而与电极接触的区域进一步被冷却,所以焊核成为四角形。的区域进一步被冷却,所以焊核成为四角形。(d)表示经过足够长的时间后的状况,由于表示经过足够长的时间后的状况,由于中心区散热困难,而电极和板的周围却散热中心区散热困难,而电极和
23、板的周围却散热容易,所以焊核变成椭圆形。容易,所以焊核变成椭圆形。 这样的焊核生长过程,在这样的焊核生长过程,在单块板通电时就更容易理解。单块板通电时就更容易理解。有人认为:点焊是利用接触面有人认为:点焊是利用接触面的接触电阻进行焊接的方法,的接触电阻进行焊接的方法,不是两板重迭就不能形成焊核。不是两板重迭就不能形成焊核。但是,即使是单块板,只要增但是,即使是单块板,只要增加电流,同样也能形成焊核。加电流,同样也能形成焊核。图图(A)表示单块板通电时焊核的表示单块板通电时焊核的生长过程。起初,电极的正下生长过程。起初,电极的正下方出现三角形的热影响区,随方出现三角形的热影响区,随着通电时间的加
24、长,两个热影着通电时间的加长,两个热影响区合并成鼓形。继续加长通响区合并成鼓形。继续加长通电时间就形成四方形焊核。电时间就形成四方形焊核。3.冷却结晶阶段冷却结晶阶段 1)1)机电特点:机电特点:,= 2)2)作用:作用: 保证熔核在压力状态下进行冷却结晶,保证熔核在压力状态下进行冷却结晶,冷却结晶时间很短(一般冷却结晶时间很短(一般周波),但周波),但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论. . 柱状晶:低碳钢,合金钢等柱状晶:低碳钢,合金钢等 柱状晶柱状晶+ +等轴晶:铝合金等轴晶:铝合金 等轴晶:镁合金等轴晶:镁合金 维持阶段的作用维持阶段的作用1. 保证熔
25、核在压力状态下结晶保证熔核在压力状态下结晶,减少出现减少出现缩孔裂纹等组织缺陷的几率缩孔裂纹等组织缺陷的几率;2.避免电极与工件避免电极与工件“打火打火”第二节第二节 点焊规范参数及相关关系点焊规范参数及相关关系 一、规范参数(工艺参数)一、规范参数(工艺参数) 1 1。焊接电流。焊接电流 AB段:曲线呈陡峭段。段:曲线呈陡峭段。由于焊接电流小,使热由于焊接电流小,使热源强度不足,不能形成源强度不足,不能形成熔核或熔核尺寸很小,熔核或熔核尺寸很小,焊点拉剪载荷较低且很焊点拉剪载荷较低且很不稳定。不稳定。BC段:曲线平稳上升。随着段:曲线平稳上升。随着焊接电流的增加,内部热源产焊接电流的增加,内
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