微型電阻焊接工藝研討

摘 要：電阻焊接工藝對焊接質量的影響非常重要，對電阻焊接工藝的研究必然成為保證焊接質量的必要條件。本文從電阻焊接系統的組成、工藝原理、接觸電阻、焊接熱平衡、焊接壓力、焊接時間、電極材料與結構、焊接工藝循環等方面論述焊接工藝與焊接質量的關系。

關鍵詞：焊接熱；焊接電流；接觸電阻；電流密度；焊接壓力；熱平衡

1 電阻焊接系統的組成

電阻焊接系統的組成主要有：焊接變壓器、焊接電源、焊接機頭、電極、冷卻系統、次級電纜及監控系統。

各部件的作用：

焊接變壓器：將電源生成的電流變換成焊接所需要的大電流；焊接電源：用于控制電流，并形成電阻焊焊接的各種波形；焊接機頭：用于對工件施加焊接壓力，并通過電極將電流傳遞至被焊件；電極：用于直接向被焊件施加壓力并導通電流；冷卻系統：用于對電極進行冷卻以免電極過熱，延長電極使用壽命；監控系統：包括監控儀和檢出線圈等，用于測定電流、電壓、加壓力等，以利于焊接品質的管理

2 焊接基本原理

焊接過程遵循以下方程：

Q=I2Rt （1）

Q為焊接中產生的熱量、R（Ω）為焊接部位的電阻、I（A） 為焊接電流、t（sec）為通電時間。

3 焊接熱的產生及影響因素

電阻R及其影響因素電極間電阻包括工件本身電阻Rw，兩工件間接觸電阻Rc，電極與工件間接觸電阻Rew。即

R=2Rw+Rc+2Rew （2）

當工件和電極一定時，工件的電阻取決與它的電阻率。電阻率不僅取決于金屬種類，還與金屬的熱處理狀態、加工方式及溫度有關。

接觸電阻由兩方面原因形成：

1）工件和電極表面有高電阻系數的氧化物或臟物質層，會使電流遭到較大阻礙。過厚的氧化物和臟物質層甚至會使電流不能導通。

2）在表面十分潔凈的條件下，由于表面的微觀不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接觸點。在接觸點處形成電流線的收攏。由于電流通路的縮小而增加了接觸處的電阻。

電極與工件間的電阻Rew與Rc和Rw相比，由于銅合金的電阻率和硬度一般比工件低，因此很小，對熔核形成的影響更小，我們較少考慮它的影響。

3.1 焊接電流的影響

從公式（1）可見，電流對產熱為平方比關系，因此影響比電阻和時間兩者都大，焊接過程中，它是一個必須嚴格控制的參數。

3.2 焊接時間的影響

時間與發熱量程正比關系，為了保證熔核尺寸和焊點強度，焊接時間與焊接電流在一定范圍內可以相互補充。為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流和短時間（強條件，又稱硬規范），也可采用小電流和長時間（弱條件，也稱軟規范）。選用硬規范還是軟規范，取決于金屬的性能、厚度和所用焊機的功率。

3.3 電極壓力的影響

電極壓力對兩電極間總電阻R有明顯的影響，隨著電極壓力的增大，R顯著減小，而焊接電流增大的幅度卻不大，不能影響因R減小引起的產熱減少。因此，焊點強度總隨著焊接壓力增大而減小。解決的辦法是在增大焊接壓力的同時，增大焊接電流。隨著焊接壓力增大，接觸電阻減少，電極與工件表面發熱量降低，焊接表面越好。反之表面容易變差，同時過小的焊接壓力容易出現飛濺現象。

3.4 電極形狀及材料性能的影響

由于電極的接觸面積決定著電流密度，電極材料的電阻率和導熱性關系著熱量的產生和散失，因此，電極的形狀和材料對熔核的形成有顯著影響。隨著電極端頭的變形和磨損，接觸面積增大，焊點強度將降低。

3.5 工件表面狀況的影響

工件表面的氧化物、污垢、油和其他雜質增大了接觸電阻。過厚的氧化物層甚至會使電流不能通過。局部的導通，由于電流密度過大，則會產生飛濺和表面燒損。氧化物層的存在還會影響各個焊點加熱的不均勻性，引起焊接質量波動。因此徹底清理工件表面是保證獲得優質焊接效果的必要條件。

4 熱平衡及散熱

焊接過程產生的熱量只有一小部分用于形成焊點，較大部分因向臨近物質傳導或輻射而損失掉了，其熱平衡方程式：

Q=Q1+Q2 （3）

其中：Q1為形成熔核的熱量、Q2為損失的熱量，損失熱量Q2主要包括通過電極傳導的熱量和通過工件傳導的熱量以及輻射到大氣中的熱量。

5 焊接循環

電阻焊接循環的四個基本階段：

1預壓階段：電極下降到電流接通階段，確保電極壓緊工件，使工件間有適當壓力。

2焊接階段：焊接電流通過工件，產生熱量形成熔核。

3維持階段：切斷焊接電流，電極壓力繼續維持至熔核凝固到有足夠強度。

4休止階段：電極開始提起到電極再次開始下降，開始下一個焊接循環。

為了改善焊接接頭的性能，有時需要將下列各項中的一個或多個加于基本循環：

1）加大預壓力以消除厚工件之間的間隙，使之緊密貼合。

2）用預熱脈沖提高金屬的塑性，使工件易于緊密貼合、防止飛濺；凸焊時這樣做可以使多個凸點在通電焊接前與平板均勻接觸，以保證各點加熱的一致。

3）加大鍛壓力以壓實熔核，防止產生裂紋或縮孔。

4）用回火或緩冷脈沖消除淬火組織，提高接頭的力學性能，或在不加大鍛壓力的條件下，防止裂紋和縮孔。

6 焊接工藝參數確定

阻焊時影響焊接效果的因素有：電流I、通電時間t、接觸電阻R、電流密度（電極先端）和電極材料。以上要素被稱為電阻焊的五大要素。

6.1 焊接電流的選定

A規范一短時間大電流（最佳規范）

B規范一中時間中電流（中等規范）

C規范一長時間小電流（普通規范）

最初設定較低的焊接電流，逐漸增大焊接電流，直到發生飛濺。比發生飛濺時的電流值稍低的電流值就是適當的電流。電流值與焊接機加壓系統追隨性相關。焊接機的追隨性愈好，愈容易施加較小的加壓力和大的導通電流，即獲得最佳的焊接效果。

6.2 焊接時間的選定

焊接部位產生的熱量隨著通電時間延長而增大；但是，電極及焊接部位的散熱量也隨著通電時間延長而增大，因此焊接部位的溫度在一定時間以后趨于飽和。而溫度飽和以后即使延長通電時間，焊核也不會再增大，而且表面壓痕和熱變形也會增大，對材料產生不良的冶金效果。

6.3 加壓力的選定

最小加壓力的選擇以不產生飛濺為原則進行選取，但是欲增加焊接強度，不僅要增大電流，同時還要增大加壓力。此時，將電流、加壓力由低慢慢上調，直至得到滿意的焊接質量

6.4 電流密度

電流密度是指單位橫截面中的電流值。因此電流密度與有效面積程反比關系，電極表面粗糙，變形都會導致有效面積發生改變而影響熱量的分布及焊核的位置，最終影響焊接質量。因此一直保持電流密度穩定，就能防止焊接不良。這樣，進行一定次數的焊接后更換或修磨電極就變得非常重要。

6.5 電極材料的選用

工件材料 選用電極材料

軟鋼 鉻銅合金（Cr-Cu）

銅 鎢、鉬（W、Mo）或鎢銅合金、鉬銅合金

黃銅 鉻銅合金（Cr-Cu）

不銹鋼 鉻銅合金（Cr-Cu）

銀 鎢銅合金（W一Cu）

鋁 鎢、鉬（W、Mo）

鎳 超質鋁銅、鉻銅合金

7 總結

熟悉工藝過程的關鍵因素對焊接焊接質量影響關系，可以很大程度的幫助我們分析焊接質量缺陷，從工藝，設備，材料等方面提出改進建議。希望通過分享微阻焊接方面的技術經驗，為同行從業者解決焊接工藝問題提供一定的技術指導，不足之處希望有心之士共同探討交流。

參考文獻

[1]焊接手冊第一卷，焊接方法及設備 ISBN 7-111-03073-7/TG.674 機械工業出版社

[2]焊接設備選用手冊 ISBN 7-111-18330-4/TG.-1599 機械工業出版社

作者簡介

雷曉輝（1972-），男，大學畢業，主要研究方向為機械設計及制造工藝。