薄板电阻点焊操作技巧与注意事项

任务描述

1.了解电阻点焊工艺并能正确选择电阻点焊的焊接参数。

2.了解闪光对焊工艺并能正确选择闪光对焊的焊接参数。

3.掌握薄板电阻点焊操作技术。

任务分析

本任务主要涉及电阻点焊工艺、闪光对焊工艺等主要知识点，并使学生通过薄板电阻点焊操作训练来加深对电阻点焊工艺的理解并掌握薄板电阻点焊操作技术。

相关知识

一、电阻点焊工艺

1.电阻点焊焊接循环

电阻点焊焊接循环有四个基本阶段，如图8-7所示。

图8-7 电阻点焊焊接循环

（1）预压阶段 预压阶段是从电极下降到电流接通的阶段，要求确保电极压紧工件，使工件间有适当的压力。

（2）焊接阶段 焊接电流通过工件，利用电阻热形成熔核。

（3）结晶阶段 切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核冷却结晶，此阶段也称为锻压阶段。

（4）休止阶段 休止阶段是从电极开始提起到电极再次开始下降的阶段，此后开始下一个焊接循环。

为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列项目中的一项或多项加于基本循环：

1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。

2）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。

3）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合并防止飞溅。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，以保证各点加热一致。

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，防止裂纹和缩孔。

2.电阻点焊接头形式、焊前清理与焊接参数

（1）电阻点焊接头形式 电阻点焊接头形式为搭接接头和卷边接头，如图8-8所示。在设计电阻点焊接头时，必须考虑边距、搭接宽度、装配间隙、焊点间距等。

图8-8 电阻点焊接头形式

a）搭接接头 b）卷边接头

e—焊点间距 b—边距

1）边距。边距是焊点到工件边缘的距离。边距的最小值取决于被焊金属的种类、工件厚度和焊接参数。

2）搭接宽度。搭接宽度一般为边距的两倍。

3）装配间隙。接头的装配间隙尽可能小，因为靠压力消除间隙将消耗一部分压力，使实际压力降低。装配间隙一般为0.1～1mm。

4）焊点间距。焊点间距是为了避免电阻点焊产生的分流影响焊点质量所规定的参数。所谓的分流，是指电阻点焊时不经过焊接区，未参加形成焊点的那一部分电流。分流使焊接区的电流值降低，造成未焊透或使核心形状发生畸变等。若焊点间距过大，则接头强度不足；若焊点间距过小，则会有很大的分流。所以应控制焊点间距。电阻点焊搭接宽度和焊点间距最小值见表8-9。

表8-9 电阻点焊搭接宽度和焊点间距最小值 （单位：mm）

生产中还会遇到圆棒与圆棒及圆棒与板材的电阻点焊，其接头形式如图8-9所示。

图8-9 圆棒与圆棒及圆棒与板材的电阻点焊

a）圆棒与圆棒的电阻点焊（一） b）圆棒与圆棒的电阻点焊（二） c）圆棒与板材的电阻点焊（一） d）圆棒与板材的电阻点焊（二）

（2）电阻点焊接头形式的设计 在设计电阻点焊接头形式时应考虑以下因素：

1）焊点至工件边缘的距离不应太小。

2）应尽可能采用能够强烈水冷的通用电极进行电阻点焊。

3）伸入焊机回路内的铁磁体工件或夹具的断面应尽可能小，并且在焊接过程中不能剧烈地变化，否则会增加回路阻抗，使焊接电流减小。

4）可采用任意顺序完成各焊点的焊接，并易于防止变形。

5）焊点不应布置在难以变形的位置。

可进行电阻点焊的典型结构如图8-10所示。

图8-10 可进行电阻点焊的典型结构

（3）焊前表面清理 工件的表面在电阻点焊前必须进行清理，去除表面的油污、氧化膜。冷轧钢板的工件表面无锈，只需去油；铝及铝合金等金属表面，必须用机械或化学清理方法去除氧化膜，并且必须在清理后规定的时间内进行焊接。

（4）电阻点焊的焊接参数 电阻点焊的焊接参数主要包括焊接电流、通电时间、电极压力、电极工作端面的形状和尺寸等，通常根据焊件的材料和厚度，参考该种材料的焊接规范来选取。

1）电极的端面形状和尺寸。不同的焊件结构、厚度及表面质量要求，应使用不同形状的电极。

2）焊接电流。由于焊接电流直接影响熔核直径与焊透率，因此其必然影响焊点的强度。若焊接电流太小，则热量过小，无法形成熔核或熔核过小。若焊接电流太大，则能量过大，容易产生飞溅。

3）焊接通电时间。焊接通电时间对产热与散热都产生一定的影响。在焊接通电时间内，焊接区产生的热量除部分散失外，将逐渐积累起来，用于加热焊接区，使熔核扩大到所要求的尺寸。若焊接通电时间太短，则难以形成熔核或熔核过小。因此，焊接通电时间应有一个合适的范围，并与焊接电流相配合。焊接时间一般以周波计算，一周波为0.02s。

4）电极压力。电极压力将影响焊接区的加热程度和塑性变形程度。随着电极压力的增大，接触电阻减小，使电流密度降低，从而减小加热速度，导致焊点熔核直径减小。若在增大电极压力的同时适当延长焊接时间或增大焊接电流，则可使焊点直径增加，从而提高焊点的强度。

低碳钢电阻点焊的焊接参数见表8-10。

表8-10 低碳钢电阻点焊的焊接参数

二、闪光对焊工艺

闪光对焊是对接焊的主要形式，下面主要介绍闪光对焊工艺。

1.闪光对焊过程

闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。连续闪光对焊过程由两个主要阶段组成，即闪光阶段和顶锻阶段。预热闪光对焊过程与连续闪光对焊过程相比，在闪光阶段前增加了预热阶段。

（1）闪光阶段 在工件两端面接触时，许多小触点因通过大的电流而熔化，从而形成液态金属过梁。在高温下，液态金属过梁不断爆破。由于蒸气压力和电磁力的作用，液态金属微粒不断从接口中喷射出来，形成火花束流——闪光。在闪光过程中，工件端面被加热，温度升高。在闪光过程结束前，必须使工件整个端面形成一层液态金属层，以使一定深度的金属达到塑性变形温度。

（2）顶锻阶段 在闪光阶段刚结束时，立即对工件施加足够的顶锻压力，使过梁爆破停止，因此进入顶锻阶段。在压力作用下，接头表面的液态金属和氧化物被清除，使洁净的塑性金属紧密接触，并产生塑性变形，以促进再结晶，形成共同晶粒，获得牢固的优质接头。

2.闪光对焊前的准备与焊接参数的选择

（1）焊前准备 包括确定接头形式、清理工件表面、装配件等准备工作。

在闪光对焊时，毛坯端头可以在剪床、压力机、车床上加工，也可以用等离子弧或气体火焰切割，然后清除端面。

在闪光对焊时，两工件对接面的几何形状和尺寸应基本一致（见图8-11），否则不能保证两工件的加热和塑性变形一致，从而影响接头质量。在生产中，方形工件和管形工件尺寸的差别不应超过10%，圆形工件直径的差别不应超过15%。在闪光对焊大断面工件时，最好将一个工件的端部倒角，使电流密度增大，以便于激发闪光。

图8-11 闪光对焊的接头形式

a）合理 b）不合理

在闪光对焊时，因端部金属在闪光时被烧掉，故对端面清理要求不太严格，但对夹钳和工件接触面要进行彻底清理。

（2）闪光对焊的焊接参数 闪光对焊的主要焊接参数有：伸出长度、闪光电流、闪光留量、闪光速度、预锻留量、顶锻速度、顶锻压力、顶锻电流、夹钳夹持力等。

1）伸出长度。一般情况下，棒材和厚壁管材伸出长度为（0.7～1.0）d（d为圆棒料的直径或方棒料的边长）。对于薄板（δ=1～4mm），为了顶锻时不失稳，一般取（4～5）δ，如图8-12所示。

伸出长度影响沿工件轴向的温度分布和接头的塑性变形。

2）闪光留量。选择的闪光留量应满足在闪光结束时整个工件端面有一层熔化金属，同时在一定深度上达到塑性变形温度。若闪光留量过大，则会浪费金属材料，降低生产率，若闪光留量过小，则会影响焊接质量。闪光对焊伸出长度和闪光留量的分配示意图如图8-12所示。

图8-12 闪光对焊伸出长度和闪光留量的分配示意图

Δ—工件上的总闪光留量 Δf—闪光留量 Δ′—有电顶锻留量 Δ″—无电顶锻留量 l₀—伸出长度

3）闪光电流与顶锻电流。闪光电流取决于工件的断面面积和闪光所需要的电流密度，而电流密度又与被焊金属的物理性能、闪光速度、工件断面的面积和形状以及端面的加热状态有关。在闪光过程中，随着闪光速度的逐渐增大和接触电阻R_c的逐渐减小，电流密度将逐渐增大。顶锻时，R_c迅速消失，电流将急剧增大到顶锻电流。

4）闪光速度。较大的闪光速度能保证闪光强烈和稳定，但闪光速度过大会使加热区过窄，使塑性变形变得困难，而且由于需要的焊接电流增加，会增大过梁爆破后的火口深度，因此将降低接头质量。

5）顶锻留量。顶锻留量会影响液态金属的排除和塑性变形。当顶锻留量过大时，晶纹弯曲严重，会降低接头的冲击韧度。当顶锻留量过小时，液态金属残留在接口中，易形成疏松、缩孔、裂纹等缺陷。顶锻留量应根据工件断面面积选取。顶锻留量随着断面面积的增大而增大。

顶锻时，为防止接口氧化，在端面接口闭合前不马上切断电流，因此顶锻留量应包括两部分——有电流顶锻留量和无电流顶锻留量。前者为后者的0.5～1倍。

6）顶锻速度。顶锻速度越快越好，可以避免接口区因金属冷却而造成液态金属排除及金属塑性变形困难，还可以防止端面金属氧化。

7）顶锻压力。顶锻压力通常以单位面积的压力，即顶锻压强来表示。顶锻压强的大小应保证能挤出接口内的液态金属，并在接头处产生一定的塑性变形。若顶锻压强过大，则变形量过大，晶纹弯曲严重，会降低接头冲击韧度；若顶锻压强过小，则变形不足，接头强度下降。

顶锻压强的大小取决于金属性能、温度分布特点、顶锻留量和顶锻速度、工件端面形状等因素。焊接高温强度大的金属时，要求大的顶锻压强。焊接导热性好的金属（铜、铝合金）时，需要大的顶锻压强（150～400MPa）。

8）夹钳夹持力。夹钳夹持力的大小必须保证在顶锻时不打滑，通常夹钳夹持力为顶锻压力的1.5～4.0倍。

此外，预热闪光对焊时还应考虑预热温度和预热时间。预热温度应根据工件断面面积和材料性能选择，焊接低碳钢时，一般不超过700～900℃；预热时间根据预热温度来确定。

低碳钢棒材闪光对焊的焊接参数见表8-11。

表8-11 低碳钢棒材闪光对焊的焊接参数

任务准备(www.xing528.com)

1）工件：Q235钢，尺寸为180mm×100mm×1mm，两块。

2）电阻点焊机：DN2—200型，电极直径为6.4mm。

3）清理工件表面：清理工件表面的锈、油污及氧化膜，并在短时间内进行焊接。

任务实施

薄板电阻点焊焊件图如图8-13所示。

图8-13 薄板电阻点焊焊件图

1.确定焊接参数

薄板电阻点焊焊接参数见表8-12。

表8-12 薄板电阻点焊焊接参数

2.起动焊机

按DN2—200型电阻点焊机的操作要求将其起动。

3.焊接操作

（1）预压 使电极下降，电流接通，应确保电极压紧工件，使工件间有适当的压力。

（2）焊接 焊接电流通过工件，产热并形成熔核。

（3）锻压 切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核冷却结晶。

（4）休止 使电极提起，准备下一个焊接循环。

4.停止操作

按电阻点焊的操作要求停止操作。

提示：

在根据试样选择电阻点焊焊接参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整，从而合理选择焊接参数，以获得最佳的电阻点焊质量。

检查评议

薄板电阻点焊操作评分表，见表8-13。

表8-13 薄板电阻点焊操作评分表

问题防治

1.焊件变形

原因：焊接电流较小和焊接通电时间过长。

解决措施：在焊机功率一定和满足焊接熔核成形的情况下，选取较短的焊接通电时间和较大的焊接电流。

2.焊接时产生金属飞溅

原因：飞溅按产生时期可分为前期和后期两种。前期飞溅产生的原因是：工件表面清理不佳或接触面上压强分布严重不匀，造成局部电流密度过高而引起早期熔化，此时因无塑性环保护，必发生飞溅。后期飞溅产生的原因是：熔核长得过大，超出电极压力有效作用范围，从而冲破塑性环，在径向造成内飞溅，在轴向冲破工件表面造成外飞溅。这种情况一般产生在焊接电流较大，通电时间过长的场合。

解决措施：

1）加强和保证工件表面的清洁质量。

2）要有适当的预压时间和焊接压力，当预压时间较短，焊接压力不足时，会导致较大的焊接飞溅，严重时会烧伤工件表面。

3）注意预压前的对中，可采用渐升电流或增加预热电流来减小加热速度，避免因早期熔化而引起飞溅。

4）焊接电极表面要保持清洁。

后期飞溅可用缩短通电时间及减小电流的方法来防止。

3.产生未焊透缺陷

原因：工件清理不彻底，焊接电流过小，通电时间过短，压力去除过早，未形成熔核或熔核过小。

解决措施：将工件清理干净，合理选择焊接电流、焊接通电时间及电极压力。

4.焊点严重下凹

原因：焊接电流过大，焊接通电时间过长，电极压力过大等造成压痕过深。

解决措施：合理选择焊接电流、焊接通电时间及电极压力。

5.出现烧穿现象

原因：电极端部清理不彻底或形状不规则，焊接电流过大，电极压力过小。

解决措施：将电极端部清理彻底，电极形状规则，选择适宜的焊接电流及电极压力。

师傅说现场

1）为防止工件变形，应确定正确的电阻点焊顺序。电阻点焊时应将工件放平，安排焊接顺序时应使焊点交叉分布。

2）当工件表面要求无压痕或压痕很小时，可将要求高的一面放在下电极上，尽可能加大下电极直径，或选择在平板定位焊机上进行焊接。

扩展知识

电阻焊焊接实例：铝合金轿车门的焊接

轿车门材料为5A03（LF3）防锈铝，工件为1.2mm厚的冲压件。铝合金材料的特点是散热快，电导率高，因此在制订焊接工艺方案时，应保证在短时间内形成优质的熔核，电阻点焊时需要更大的能量。

所使用的焊接设备是DZ—100型二次整流电阻点焊机。该焊机的特点是输出功率大，热效率高。该焊机与交流焊机相比，在焊接同样厚度的材料时，功率消耗较小。此外，该焊机的加压系统装有压力补偿装置，能及时补偿因工件熔化而引起的压力变化，从而保证焊接质量。

电阻点焊焊接参数见表8-14。为了减小工件的接触电阻，应当对5A03材质的冲压件进行清洗，再用碱液除油，并用酸液处理氧化膜。清洗好的工件要在72h内焊接完毕。在焊接过程中，必须对电极进行强制水冷，水流量在6L/min以上，水温要低于30℃，下电极直径为12mm，端面为平面；上电极直径为8mm，端面为半径为50mm的球面，这样可以保证电极与工件之间的压力稳定，并减少飞溅。

表8-14 电阻点焊焊接参数

焊后应检查焊点质量。从外观上要求配合面的压痕深度小于或等于0.1mm；用扁铲将焊点剥离，检验其强度，要求熔核直径为4～5mm。

总之，对5A03材质的工件应采用硬规范电阻点焊，配合适当的电极，可以获得优质的焊接产品。

考证要点

一、填空题

1.电阻点焊的焊接参数有____、____、____、____等。

2.电阻点焊时不经过焊接区，未参加形成____的那一部分电流称为____。点距越小，分流____。

3.在电阻点焊时，工件表面常用的清理方法有____和____两种。

4.闪光对焊的主要焊接参数有：____、____、____、____、____、____、____、____、____等。

5.闪光对焊可分为____和____。

6.连续闪光对焊过程由两个主要阶段组成，即____和____。

二、选择题

1.闪光对焊的顶锻留量应根据工件断面面积选取，其随着断面面积的增大而____。

A.增大 B.减小 C.不变

2.顶锻速度____，可以避免接口区因金属冷却而造成液态金属排除及金属塑性变形困难，还可以防止端面金属氧化。

A.越小越好 B.越大越好 C.应大小适中

3.在闪光对焊时，若顶锻压强过小，则变形量过大，晶纹弯曲严重，会降低接头____。

A.强度 B.硬度 C.塑性 D.冲击韧度

4.对于预热闪光对焊，还应考虑预热温度和预热时间。预热温度根据工件断面面积和材料性能选择，焊接低碳钢时，一般不超过____℃，预热时间根据预热温度来确定。

A.500～700 B.600～800 C.700～900 D.800～1000

三、判断题

1.在闪光对焊时，对工件端面的准备要比电阻对焊时严格得多。 （ ）

2.闪光对焊是主要利用闪光产生的热量来加热工件的一种方法。 （ ）

3.电阻点焊接头形式为搭接接头和对接接头。在设计电阻点焊接头时，必须考虑边距、搭接宽度、装配间隙、焊点间距等。 （ ）

4.在闪光对焊时，两工件对接面的几何形状和尺寸应基本一致，否则将不能保证两工件的加热和塑性变形一致，从而影响接头质量。 （ ）

5.在闪光对焊时，闪光电流取决于工件的断面面积和闪光所需要的电流密度。 （ ）

6.焊点间距是为了避免电阻点焊产生的分流影响焊点质量所规定的数值。 （ ）

四、简答题

1.电阻点焊焊接循环由哪几个基本阶段组成？它们各有什么特点？

2.设计电阻点焊接头形式时应考虑哪些因素？

3.闪光对焊的主要焊接参数对焊接质量有什么影响？应如何正确选择闪光对焊的焊接参数？