點焊方法和工藝

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點焊方法和工藝
一、點焊方法分類

對焊件饋電進行電焊時，應遵循下列原則：①盡量縮短二次回路長度及減小回路所包含的空間面積，以節(jié)省能耗；②盡量減少伸入二次回路的鐵磁體體積，特別是避免在焊接不同焊點時伸入體積有較大的變化，以減小焊接電流的波動，保證各點質量衡定（在使用工頻交流時）。

1.雙面單點焊  所有的通用焊機均采用這個方案。從焊件兩側饋電，適用于小型零件和大型零件周邊各焊點的焊接。

2.單面單點焊  當零件的一側電極可達性很差或零件較大、二次回路過長時，可采用這個方案。從焊件單側饋電，需考慮另一側加銅墊以減小分流并作為反作用力支點。

3.單面雙點焊  從一側饋電時盡可能同時焊兩點以提高生產率。單面饋電往往存在無效分流現(xiàn)象，浪費電能，當點距過小時將無法焊接。在某些場合，如設計允許，在上板二點之間沖一窄長缺口可使分流電流大幅下降。

4.雙面雙點焊  圖1b及j為雙面雙點的方案示意。圖2-12b方案雖可在通用焊機上實施，但兩點間電流難以均勻分配，較難保證兩點質量一致。而圖1j由于采用推挽式饋電方式，使分流和上下板不均勻加熱現(xiàn)象大為改善，而且焊點可布置在任意位置。其唯一不足之處是須制作二個變壓器，分別置于焊件兩側，這種方案亦稱推挽式點焊。兩變壓器的通電需按極性進行。

5.多點焊  當零件上焊點數(shù)較多，大規(guī)模生產時，常采用多點焊方案以提高生產率。多點焊機均為專用設備，大部分采用單側饋電方式見圖1h、i，以i方式較靈活，二次回路不受焊件尺寸牽制，在要求較高的情況下，亦可采用推挽式點焊方案。目前一般采用一組變壓器同時焊二或四點（后者有二組二次回路）。一臺多點焊機可由多個變壓器組成?？刹捎猛瑫r加壓同時通電、同時加壓分組通電和分組加壓分組通電三種方案。可根據(jù)生產率、電網(wǎng)容量來選擇合適方案。

二、點焊循環(huán)

點焊過程由預壓、焊接、維持和休止四個基本程序組成焊接循環(huán)，必要時可增附加程序，其基本參數(shù)為電流和電極力隨時間變化的規(guī)律。

1.預壓（F＞0，I=0）  這個階段包括電極壓力的上升和恒定兩部分。為保證在通電時電極壓力恒定，預壓時間必須保證，尤其當需連續(xù)點焊時，須充分考慮焊機運動機構動作所需時間，不能無限縮短。

預壓的目的是建立穩(wěn)定的電流通道，以保證焊接過程獲得重復性好的電流密度。對厚板或剛度大的沖壓零件，有條件時可在此期間先加大預壓力，而后再回復到焊接時的電極力，使接觸電阻恒定而又不太小，以提高熱效率。

2.焊接（F=Fω，I=Iω）  這個階段是焊件加熱熔化形成熔核的階段。焊接電流可基本不變（指有效值），亦可為漸升或階躍上升。在此期間焊件焊接區(qū)的溫度分布經歷復雜的變化后趨向穩(wěn)定。起初輸入熱量大于散失熱量，溫度上升，形成高溫塑性狀態(tài)的連接區(qū)，并使中心與大氣隔絕，保證隨后熔化的金屬不氧化，而后在中心部位首先出現(xiàn)熔化區(qū)。隨著加熱的進行熔化區(qū)擴大，而其外圍的塑性殼（在金相試片上呈環(huán)狀故稱塑性環(huán)）亦向外擴大，最后當輸入熱量與散失熱量平衡時達到穩(wěn)定狀態(tài)。當焊接參數(shù)適當時，可獲得尺寸波動小于15%的熔化核心。在此期間可產生下列現(xiàn)象：

⑴ 液態(tài)金屬的攪拌作用  液態(tài)金屬通電時受電磁力作用產生漩渦狀流動，當把熔核視作地球狀且電極端處為二極，其運動方向為——赤道部分由周圍向球心流動而后流經兩極再沿外表向赤道呈封閉狀流動。對于同種金屬點焊，攪拌僅需將焊件表面的氧化膜攪碎即可，但異種金屬點焊時，必須充分攪拌以獲得均質的熔化核心。如通電時間太短，攪拌不充分將產生漩渦狀的非均質熔核。

⑵ 飛濺  飛濺按產生時期可分為前期和后期兩種；按產生部位可分為內飛濺（處于兩焊件間）和外飛濺（焊件與電極接觸側）兩種。

前期飛濺產生的原因大致是：焊件表面清理不佳或接觸面上壓強分布嚴重不勻，造成局部電流密度過高引起早期熔化，此時因無塑性環(huán)保護必發(fā)生飛濺。

防止前期飛濺的措施有：加強焊件清理質量，注意預壓前的對中。有條件時可采用漸升電流或增加預熱電流來減慢加熱速度，避免早期熔化而引起飛濺。

后期飛濺產生的原因是：熔化核心長大過度，超出電極壓力有效作用范圍，從而沖破塑性環(huán)在徑向造成內飛濺，在軸向沖破板表面造成外飛濺。這種情況一般產生在電流較大、通電時間過長的場合。可用縮短通電時間及減小電流的方法來防止。

飛濺在外表面首先影響外觀，其次產生的疤痕影響耐腐蝕及疲勞性能。內部飛濺的殘跡有可能在運行時脫落，如進入管路（如油管）將造成堵塞等嚴重事故。

⑶ 胡須  在加熱到半熔化溫度的熔核邊緣，當某些材料（如高溫合金）中低熔點夾雜物較多聚集在晶界處時，這部分雜質首先熔化并在電極壓力的作用下被擠出呈空隙。在隨后的過程中，空間有時能被液態(tài)金屬充填滿，但亦可能未充填滿，這種組織形貌在金相試樣上稱為胡須，而未充填滿的胡須猶如裂紋是一種危險缺陷。

3.維持（F＞0，I=0）  此階段不再輸入熱量，熔核快速散熱、冷卻結晶。結晶過程遵循凝固理論。由于熔核體積小，且夾持在水冷電極間，冷卻速度甚高，一般在幾周內凝固結束。由于液態(tài)金屬處于封閉的塑性殼內，如無外力，冷卻收縮時將產生三維拉應力，極易產生縮孔、裂紋等缺陷，故在冷卻時必須保持足夠的電極壓力來壓縮熔核體積，補償收縮。對厚板、鋁合金和高溫合金等零件希望增加頂鍛力來達到防止縮孔、裂紋。這時必須精確控制加頂鍛力的時刻。過早將因液態(tài)金屬因壓強突然升高使塑性環(huán)被沖破，產生飛濺；過晚則因凝固缺陷已形成而無效。此外加后熱緩冷電流，降低凝固速度，亦有利于防止縮孔和裂紋的產生。

4.休止（F＞0，I=0）  此階段僅在焊接淬硬鋼時采用，一般插在維持時間內，當焊接電流結束，熔核完全凝固且冷卻到完成馬氏體轉變之后再插入，其目的是改善金相組織。

三、點焊焊接參數(shù)

當采用工頻交流電源時，點焊參數(shù)主要有焊接電流、焊接（通電）時間、電極壓力和電極尺寸。

1.焊接電流Iω  析出熱量與電流的平方成正比，所以焊接電流對焊點性能影響最敏感。在其它參數(shù)不變時，當電流小于某值熔核不能形成，超過此值后，隨電流增加熔核快速增大，焊點強度上升，而后因散熱量的增大而熔核增長速度減緩，焊點強度增加緩慢，如進一步提高電流則導致產生飛濺，焊點強度反而下降。所以一般建議選用對熔核直徑變化不敏感的適中電流（BC段）來焊接。

在實際生產中，焊接電流的波動有時甚大，其原因有：

①電網(wǎng)電壓本身波動或多臺焊機同時通電；②鐵磁體焊件伸入焊接回路的變化；③前點對后點的分流等。除選擇對焊接電流變化較不敏感的參數(shù)外，解決上述問題的方法是反饋控制。目前最常用的有網(wǎng)壓補償法、恒流法與群控法。網(wǎng)壓補償法可用于所有各種情況，恒流法主要用于第②種情況，不能用于第③種情況，群控法僅用于第①種情況。

2.焊接時間tω  通電時間的長短直接影響輸入熱量的大小，在目前廣為采用的同期控制點焊機上，通電時間是周（我國一周為20ms）的整倍數(shù)。在其它參數(shù)固定的情況下，只有通電時間超過某最小值時才開始出現(xiàn)熔核，而后隨通電時間的增長，熔核先快速增大，拉剪力亦提高。當選用的電流適中時，進一步增加通電時間熔核增長變慢，漸趨恒定。但由于加熱時間過長，組織變差，正拉力下降，會使塑性指標（延性比Fσ/Fτ）下降。當選用的電流較大時，則熔核長大到一定極限后會產生飛濺。

3.電極壓力F  電極壓力的大小一方面影響電阻的數(shù)值，從而影響析熱量的多少，另一方面影響焊件向電極的散熱情況。過小的電極壓力將導致電阻增大、析熱量過多且散熱較差，引起前期飛濺；過大的電極壓力將導致電阻減小、析熱量少、散熱良好、熔核尺寸縮小，尤其是焊透率顯著下降。因此從節(jié)能角度來考慮，應選擇不產生飛濺的最小電極壓力。此值與電流值有關，可參照文獻中廣為推薦的臨界飛濺曲線見圖5。目前均建議選用臨界飛濺曲線附近無飛濺區(qū)內的工作點。

4.電極工作面尺寸  其工作面尺寸參見下表。目前點焊時主要采用錐臺形和球面形兩種電極。錐臺形的端面直徑d或球面形的端部圓弧半徑R的大小，決定了電極與焊件接觸面積的多少，在同等電流時，它決定了電流密度大小和電極壓強分布范圍。一般應選用比期望獲得熔核直徑大20%左右的工作面直徑所需的端部尺寸。其次由于電極是內水冷卻的，電極上散失的熱量往往高達50%的輸入總熱量，因此端部工作面的波動或水冷孔端到電極表面的距離變化均將嚴重影響散熱量的多少，從而引起熔核尺寸的波動。因此要求錐臺形電極工作面直徑在工作期間每增大15%左右必須修復。而水冷孔端至表面距離在耗損至僅存3～4mm時即應更換新電極。

點焊時各參數(shù)是相互影響的，對大多數(shù)場合均可選取多種各參數(shù)的組合。

目前常用材料的點焊參數(shù)均可在資料中以表格或計算圖形式找到，但采用前應根據(jù)具體條件作調整試焊。

由于材料表面狀態(tài)及清理情況每批不盡相同，生產車間網(wǎng)壓有波動、設備狀況有變化，為保證焊接質量，避免批量次品，往往希望事先取得焊接參數(shù)允許波動的區(qū)間。所以大批量生產的場合，對每批材料、每臺剛大修后的設備須作點焊時允許參數(shù)波動區(qū)間的試驗，其試驗步驟如下：

1）確定質量指標，例如熔核直徑或單點拉剪力的上下限。

2）固定其它參數(shù)，作某參數(shù)（例如電流）與質量指標的關系曲線，而后改變固定參數(shù)中之一（例如通電時間），再作焊接電流與質量的關系曲線，如此獲得關系曲線族。

3）再把質量指標中合格部分用作圖法形成此二參數(shù)（例如電流與時間）允許波動區(qū)間的葉狀曲線。

可同樣獲得例如焊接電流與電極壓力等的葉狀曲線。在生產中把參數(shù)控制在葉狀曲線內的工作點上即可。