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2、1、2通电加热
通电加热就是为了供焊件之间形成所需的熔化核心。
在预加电极压力下通电,则在两电极接触表面之间的金属圆柱体内有最大的电流密度,靠焊件之间的接触电阻与焊件自身的电阻,产生相当大的热量,温度也很高。
尤其就是在焊件之间的接触面处,首先熔化,形成熔化核心。
电极与焊件之间的接触电阻也产生热量,但大部分被水冷的铜合金电极带走,于就是电极与焊件之间接触处的温度远比焊件之间接触处为低。
正常情况下就是达不到熔化温度。
在圆柱体周围的金属因电流密度小,温度不高,其中靠近熔化核心的金属温度较高,达到塑性状态,在压力作用下发生焊接,形成一个塑性金属环,紧密地包围着熔化核心,不使熔化金属向外溢出。
在通电加热过程中有两种情况可能引起飞溅:
一种就是开始时电极预压力过小,熔化核心周围未形成塑性金属环而向外飞溅;
另一种就是加热结束时,因加热进间过长,熔化核心过大,电极压力下,塑性金属环发生崩溃,熔化金属从焊件之间或焊件表面溢出。
2、1、3锻压
锻压就是在切断焊接电流后,电极继续对焊点挤压的过程,对焊点起着压实作用。
断电后,熔化核心就是在封闭的金属“壳”内开始冷却结晶的,收缩不自由。
如果此时没有压力作用,焊点易出现缩孔与裂纹,影响焊点强度。
如果有电极挤压,产生的挤压变形使熔核收缩自由并变得密实。
因此,电极压力必须在断电后继续维持到熔核金属全部凝固之后才能解除。
锻压持续时间视焊件厚度而定。
对于厚度1-8mm的钢板一般为0、1-2、5秒。
当焊件厚度较大,(铝合金为1、6-2mm,钢板为5-6mm)时,因熔核周围金属壳较厚,常需增加锻压力。
加大压力的时间须控制好。
过早,会把熔化金属挤出来变成飞溅,过晚,熔化金属已凝固而失去作用。
一般断电后在0-0、2秒内加大锻压力。
以上就是焊点形成的一般过程。
在实际生产中,往往根据不同材料、结构以及对焊接质量的要求,采用一些特殊的工艺措施。
例如:
对热裂纹倾向较大的材料,可采用附加缓冷脉冲的点焊工艺,以降低熔核的凝固速度;
对调质材料的焊接,可在两电极之间作焊后热处理,以改善因快速加热、冷却而产生的脆性淬火组织;
在加压方面,可以采用马鞍形、阶梯形或多次阶梯形等电极压力循环。
以满足不同质量要求的零件焊接。
2、2对焊点质量的一般要求
点焊接头的强度决定于焊点的几何尺寸及其内外质量。
焊点的几何尺寸如图1所示,一般要求熔核直径随板厚增加而增大。
通常用下式表示:
式中dn——熔核直径(mm);
δ——焊件最薄板厚。
hn=(0、2-0、8)(δ-Δ)hn——熔核高度(mm);
Δ——焊件表面压痕深度,一般Δ=(0、1-0、15)δ(mm)
图1焊点的几何尺寸
δ-焊件厚度d-电极直径dn-熔核直径dr-塑性环外径hn-熔核高度Δ-压痕深度
熔核在单板上的熔化高度hn对板厚度δ的百分比称焊透率A,即
通常规定A在20%-80%范围内。
试验表明,焊点熔核直径符合要求时,取A≥20%便可保证焊点的强度。
A过大,熔核接近焊件表面,使表面金属过热,晶粒粗大,易出现飞溅或熔核内产生缩孔、裂纹等缺陷,接头承载能力下降。
一般不许A>80%。
电极在焊件表面上留下压痕的深度,就是熔核获得锻压的标志,但不能过深,否则影响焊件表面美观与光滑,减小该处断面尺寸,造成过大的应力集中,使焊点强度下降。
当电极压力越大,焊接时间越长,或焊接电流越大时,压痕就越深。
为了减少压痕深度,可采用较硬的规范及较大的电极端面尺寸。
3点焊方法的种类
点焊方法很多,按供电方向与在一个焊接循环中所能形成焊点数可归纳为表1所列的种类。
表1点焊方法的种类及其特点与应用
种类
示意图
特点与应用
双面供电
双面单点焊
两电极从两面向焊件馈电,焊接电流集中通过焊接区,可减少焊件受热体积与提高焊接质量,应优先选用。
缺点就是焊件两面有印痕。
右图用大面积导电板作下电板
双面双点焊
两台变压器分别对焊件两侧成对电极供电,在一个循环中同时形成两个焊点。
电源在同一瞬间的极性相反,相当于双面单点焊。
较单面双点焊分流小,焊接质量高,但需专用焊机,适于大型工件的大量生产
双面多点焊
用一台焊接变压器从两侧供电,同时焊接两个或多个焊点,各电极并联。
要求所有电流通路的阻抗必须基本相等,才能使每个焊点上电流分配均匀,且每个焊点所处的表面状态、厚度、电极压力要相同
用多个变压器分别从两侧供电,同时进行多点焊。
若三点为一组,可以做到电网负荷均衡,没有每个电流通路阻抗必须相等的要求,需专用焊机,生产率高,用于大型工件、大批量生产
单面供电
单面双点焊
两个电极安放在焊件同一侧,同时焊接两个点,生产率高,适用于大型、移动有困难的焊件。
为了减少流经上面焊件的分流,在焊件下面放导电铜垫板,此法背面无电极压痕
单面单点焊
两电极放在焊件同一侧,其中一个电极工作面较大,以减小其电流密度,不形成焊点。
通常使用移动式点焊机(配用焊枪)。
主要用于不能双面点焊的结构
单面多点焊
所有电极均在焊件一侧,用一个焊接变压器供电,每一对电极轮流压住焊件完成两个焊点的焊接。
各焊点的工艺参数不能分别调节,故要求所有焊接处厚度、表面状态、电极压力与回路阻抗基本相同,焊件易变形。
结构较简单,省变压器
所有电极均在焊件一侧,多个变压器分别同时供电,一个焊接循环同时完成多点焊。
优点就是每个变压器可安置距所联电极最近处,可减小功率与尺寸;
各焊点可分别调节工艺参数;
全部焊点可同时焊接,生产率高,全部电极压住焊件,可减少变形;
多台变压器同时通电可使三相负荷均衡。
故此类型应用最广
4点焊接头的设计
点焊接头必须采用搭接形式,由两个或两个以上等厚度或不等厚度的工件组成,见图2。
图2点焊接头的基本形式
b—边距e—点距c—搭接量
设计点焊接头时应考虑下列因素:
4、1接头的可达性
就是指点焊电极必须能方便地抵达构件的焊接部位。
为此,须熟悉点焊设备的各种类型、注意电极与电极夹头的形状与尺寸,要使装到焊机上的电极都能达到每个待焊点。
4、2边距与搭接量
边距就是指从熔核中心到板边的距离。
该距离上的母材金属应能承受焊接循环中熔核内部产生的压力。
若焊点太靠近板边,则边缘处母材过热并向外挤压,减弱对熔核的拘束,还可能导致飞溅,最小边距取决于被焊金属的种类、厚度、电极面形状与焊接条件。
对于屈服点高的金属、薄件或用强条件焊时,可取较小值。
搭接量就是指接头重叠部分的尺寸。
最小搭接量通常就是最小边距的两倍,若搭接量太小,则边距必然不足,推荐最小搭接量见表2。
表2点焊接头的最小搭接量(单位:
mm)
最薄板件厚度
单排焊点
双排焊点
结构钢
不锈钢及高温合金
轻合金
0、5
8
6
12
16
14
22
0、8
9
7
18
1、
4
1、2
11
20
26
1、5
10
24
30
2、
34
2、5
32
40
3、
46
3、5
2
4、
50
4、3点距
就是指相邻两焊点的中心距离。
设计时规定点距最小值就是主要考虑分流的影响。
该最小值与被焊金属的厚度、导电率、表面清洁度以及熔核直径有关。
表3为推荐的点距最小值。
表3点焊接头的最小点距(单位:
被焊金属
轻金属
15
1、0
2、0
25
3、0
35
4、0
4、4装配间隙
必须使互相配合的焊件装在一起时,沿接头方向上没有间隙或只有极小的间隙,因为靠压力消除间隙将耗去一部分电极力,使焊接的压力降低。
若装配间隙不均匀,则造成焊接压力的波动,从而引起各焊点强度不一致。
过大的间隙会引起严重飞溅。
许用间隙取决于焊件刚性与厚度,刚性与厚度越大,许用间隙越小,通常取0、1-2mm。
4、5厚度比
点焊两个或更多个不同厚度的同种金属时,有一个能有效焊接的最大厚度比,它就是根据外侧工件的厚度决定的。
当点焊两种厚度的碳钢时,最大厚度比为4:
1;
点焊三种厚度的接头时,外侧两板的厚度比不得大于2、5:
1。
如果厚度比大于此数,则须从工艺方面采取措施(如改变电极形状或成分等)来保证外侧焊件的焊透率。
通常薄板的焊透率不能小于10%,厚件的焊透率应达到20%-30%。
点焊三层板件时,推荐的最小点距比点焊两块较厚外侧板的点距大30%。
5点焊电极
点焊电极就是点焊机中重要但又易损耗的零件,它的材质、结构形状直接影响焊接质量、生产成本与劳动生产率,也对自身使用寿命有影响。
5、1电极功能及基本要求
5、1、1电极功能
可归纳为传输电流、传递压力与迅速散热。
a、传输电流:
点焊时焊接电流靠电极传输,流过电极工作面的电流密度很大,表4为三种金属材料点焊的一般电流密度范围。
表4三种金属材料点焊电极工作面电流密度范围(单位:
A/mm2)
被焊金属
低碳钢
不锈钢
铝及铝合金
电极工作面电流密度范围
200-600
300-400
100-2000
从表中瞧出,点焊时的电流密度就是常用导线电流密度的数十到数百倍,已超过一般导线所能承受能力。
b、传递压力:
点焊时须通过电极向焊件施加一定的焊接压力与锻压力。
按被焊材料不同,电极压力高达几十千牛。
焊接低碳钢时其内部压强达30-140MPa,焊不锈钢时为250-400MPa,焊高温合金时,高达400-900MPa。
电极工作面直接接触焊点,它承受着焊接产生的高温,所以电极必须具有足够的高温强度,否则会导致电极工作面迅速变形与压溃而无法进行工作。
c、散热作用:
点焊时,焊接区的大部分热量就是从上、下电极传导而散失,被焊板件越薄,其散失的热量就越多。
焊接厚度为1mm的低碳钢,电极散走的热量约占输入点总热量的70%-80%。
5、1、2对电极材料的基本要求
从上述可见点焊电极工作条件复杂、恶劣。
为了发挥其功能,保证焊接质量与延长其使用寿命,所使用的电极材料必须:
a、在高温与常温下都有合适的导电、导热性能,具有高的耐氧化能力,并与焊件材料形成合金的倾向性小;
b、有足够的高温硬度与强度,再结晶温度高;
c、电极与焊件之间的接触电阻应足够低
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- 点焊 工艺 基础知识