第一章第一節概述
第一章引言
第一節概述
電阻焊是將被焊工件壓緊於兩電極之間，並通以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。
電阻焊方法主要有四種，即點焊、縫焊、凸焊、對焊。
點焊時，工件只在有限的接觸面上，即所謂「點」上被焊接起來，並形成扁球形的熔核。點焊又可分為單點焊和多點焊。多點焊時,使用兩對以上的電極，在同一工序內形成多個熔核。
凸焊是點焊的一種變型。在乙個工件上有預製的凸點。凸焊時，一次可在接頭處形成乙個或多個熔核。
電阻焊有下列優點：
（1） 熔核形成時，始終被塑性環包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡單
（2） 加熱時間短、熱量集中。故熱影響區小，變形與應力也小，通常在焊後不必安排校正和熱處理工序。
（3） 不需要焊絲、焊條等填充金屬，以及氧、乙炔、氦等焊接材料，焊接成本低。
（4） 操作簡單，易於實現機械化和自動化，改善了勞動條件。
（5） 生產率高，且無雜訊及有害氣體，在大批量生產中，可以和其他製造工序一起編到組裝線上。但閃光對焊因有火花噴濺，需要隔離。
電阻焊缺點：
（1） 目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接質量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗來檢查，以及靠各種監控技術來保證。
（2） 點、縫焊的搭接接頭不僅增加了構件的重量，且因在兩板間熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強度和疲勞強度均較低。
（3） 裝置功率大，機械化、自動化程度較高，使裝置成本較高、維修較困難，並且常用的大功率單相交流焊機不利於電網的工常執行。
隨著航空航天、電子、汽車、家用電器等工業的發展，電阻焊越來越受到社會的重視，同時，對電阻焊的質量也提出了更高的要求．可喜的是，我國微電子技術的發展和大功率可控矽、整流器的開發，給電阻焊技術的提高提供了條件。目前我國已生產了效能優良的次級整流焊機．由整合元件和微型計算機製成的控制箱已用於新焊機的配套和老焊機的改造。恆流、動態電阻，熱膨脹等先進的閉環監控技術已開始在生產中推廣應用。
這一切都將有利於提高電阻焊質量，並擴大其應用領域。
第一章第二節電阻焊基本原理
第二節電阻焊基本原理
一． 焊接熱的產生及影響產熱的因素
點焊時產生的熱量由下式決定：
q =i2rt（j1）
式中 q——產生的熱量（j）
i——焊接電流（a）
r——電極間電阻（ω）
t——焊接時間（s）
1． 電阻r及影響r的因素
式（1）中的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。
r＝2rw+rc+2rew （2）
當工件和電極已定時，工件的電阻取決於它的電阻率。由此，電阻率是被焊材料的重要效能．電阻率高的金屬其導熱性差（如不鏽鋼），電阻率低的金屬其導熱性好（如鋁合金）。因此，點焊不鏽鋼時產熱易而散熱難，點焊鋁合金時產熱難而散熱易。
點焊時，前者可以用較小電流（幾千安培），後者就必須用很大電流（幾萬安培）。
電阻率不僅取決於金屬種類，還與金屬的熱處理狀態和加工方式有關。通常金屬中含合金元素越多，電阻率就越高。淬火狀態的又比退火狀態的高。
例如退火狀態的ly12鋁合金電阻率為4.3μω·cm，淬火時效的則高達7.3μω·cm。
金屬經冷作加工後，其電阻率也增高。
各種金屬的電阻率還與溫度有關，隨著溫度的公升高電阻率增高，並且金屬熔化時的電阻率比熔化前高1～2倍。
隨著溫度公升高，除電阻率增高使工件電阻增高外。同時金屬的壓潰強度降低，使工件與工件、工件與電機間的接觸面增大，因而引起工件電阻減小。點焊低碳鋼時。
在兩種矛盾著的因素影響下，加熱開始時工件電阻逐漸增高。熔核形成時又逐漸降低。這一現象，給當前已開始應用於生產的動態電阻監控提供了依據。
電極壓力變化將改變工件與工件、工件與電極問的接觸面積，從而也將影響電流線的分布。隨著電極壓力的增大，電流線的分布將較分散，因之工件電阻將減小。
熔核開始形成時，由於熔化區的電阻增大，將迫使更大部分電流從其周圍的壓接區（塑性焊接環）流過。使該區再陸續熔化，熔核不斷擴充套件，但熔核直徑受電極端麵直徑的制約，一般不超過電極端麵直徑的20%，熔核過分擴充套件，將使塑性焊接環因失壓而難以形成，而導致熔化金屬的濺出（飛濺）。
第一章第二節電阻焊基本原理
式（2）中的接觸電阻rc由兩方面原因形成：
（1） 工件和電極表面有高電阻係數的氧化物或髒物層，使電流受到較大阻礙。過厚的氧化物和髒物層甚至會使電流不能導通。
（2） 在表面十分潔淨的條件下，由於表面的微觀不平度，使工件只能在粗糙表面的區域性形成接觸點。在接觸點處形成電流線的收攏，由於電流通道的縮小而增加了接觸處的電阻。
電極壓力增大時．粗糙表面的凸點將被壓潰。凸點的接觸面增大，數量增多，表面上的氧化膜也更易被擠破。溫度公升高時，金屬的壓潰強度降低（低碳鋼600℃時，鋁合金350℃時，壓潰強度趨於0），即使電極壓力不變，也會有凸點接觸面增大、數量增多的結果。
可見，接觸電阻將隨電極壓力的增大和溫度的公升高而顯著減小。因此，當表面清理十分潔淨時，接觸電阻僅在通電開始極短的時間內存在，隨後就會迅速減小以至消失。
接觸電阻儘管存在的時間極短，但在以很短的加熱時間點焊鋁合金薄件時，對熔核的形成和焊點強度的穩定性仍有非常顯著的影響。
rew與rc相比，由於銅合金的電阻率和硬度一般比工件低，因此rew比rc更小，對熔核形成的影響也更小。
2． 焊接電流的影響
從公式（1）可見，電流對產熱的影響比電阻和時間兩者都大。因之，在點焊過程中，它是乙個必須嚴格控制的引數。引起電流變化的主要原因是電網電壓波動和交流焊機次級迴路阻抗變化。
阻抗變化是因迴路的幾何形狀變化或因在次級迴路中引入了不同量的磁性金屬。對於直流焊機，次級迴路阻抗變化，對電流無明顯影響。
除焊接電流總量外，電流密度也對加熱有顯著影響。通過已焊成焊點的分流，以及增大電極接觸面積或凸焊時的凸點尺寸，都會降低電流密度和焊接熱，從而使接頭強度顯著下降。
隨著電流的增大，熔核尺寸和接頭的抗剪強度將增大（如圖1）。圖中曲線的陡峭段ab，相當於未熔化焊接，傾斜段bc，相當於熔化焊接。接近c點處，抗剪強度增加緩慢，說明電流的變化對抗剪強度影響小。
因此，點焊時應選用接近c點的電流。越過c點後，由於飛濺或工件表面壓痕過深，抗剪強度會明顯降低。
最近幾年已逐漸應用於生產的恆流閉環監控技術，能有效地克服網壓波動和次級迴路阻抗變化的影響，分流影響也能以計算機自動調整相鄰各點的焊接電流來解決，使焊點強度的穩定性有較可靠的保證。
圖1 焊接電流iw對焊點抗剪強度fτ的影響
第一章第二節電阻焊基本原理
3． 焊接時間的影響
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範圍內可以互為補充。為了獲得一定強度的焊點，可以採用大電流和短時間（強條件，又稱強規範），也可以採用小電流和長時間（弱條件，又稱弱規範）。選用強條件還是弱條件，則取決於金屬的效能、厚度和所用焊機的功率。
但對於不同效能和厚度的金屬所需的電流和時間，都仍有乙個上、下限，超過此限，將無法形成合格的熔核。
4． 電極壓力的影響
電極壓力對兩電極間總電阻r有顯著影響，隨著電極壓力的增大，r顯著喊小。此時焊接電流雖略有增大，但不能影響因r減小而引起的產熱的減少。因此，焊點強度總是隨著電極壓力的增大而降低。
在增大電極壓力的同時，增大焊接電流或延長焊接時間，以彌補電阻減小的影響，可以保持焊點強度不變。採用這種焊接條件有利於提高焊點強度的穩定性。電極壓力過小，將引起飛濺，也會使焊點強度降低。
5． 電極形狀及材料效能的影響
由於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係著熱量的產生和散失，因而電極的形狀和材料對熔核的形成有顯著的影響。隨著電極端頭的變形和磨損，接觸面積將增大，焊點強度將降低。
6． 工件表面狀況的影響
工件表面上的氧化物、汙垢、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。區域性的導通，由於電流密度過大，則會產生飛濺和表面燒損。
氧化物層的不均勻性還會影響各個焊點加熱的不一致，引起焊接質量的波動。因此，徹底清理工件表面是保證獲得優質接頭的必要條件。
二． 熱平衡、散熱及溫度分布
點焊時，產生的數量q只有較小部分用於形成熔核，較大部分將因向鄰近物質的傳導和輻射面損失掉。其熱平衡議程式如下：
q = q1 + q2
式中 q1——形成熔核的熱量；
q2——損失的熱量。
有效熱量q1取決於金屬的熱物理性質及熔化金屬量，而與所用的焊接條件無關。q1≈10～30%q。電阻率低、導熱性好的金屬（鋁、銅合金等）取低限。
電阻率高、導熱性差的金屬（不鏽鋼、高溫合金等）取高限。
損失的熱量q2主要包括通過電極傳導的熱量（≈30～50%q）和通過工件傳導的熱量（≈20%q）。輻射到大氣中的熱量只約佔5%，可以忽略不計。
通過電極傳導的熱量是主要的散熱損失，它與電極的材料、形狀、冷卻條件，以及所採用的焊接條件有關。例如採用硬條件的熱損失，就要比採用軟條件小得多。
第一章第二節電阻焊基本原理
由於損失的熱量隨焊接時間的延長和金屬溫度的公升高而增加，因此，當焊接電流不足時，只延長焊按時間，會在某一時刻達到熱量的產生與散失相平衡，繼續延長焊接時間，將無助於熔核的增大。這說明了用小功率焊機不能焊接厚鋼板和鋁合金的原因。
在不同厚度工件的點焊中，還可以通過控制電極的散熱（改變電極的材料或接觸面積，採用附加墊片等），以改善熔核的偏移、增加薄件一側的焊透率。
焊接區的溫度分布是產熱與散熱的綜合結果。最高溫度總是處於焊接區中心，超過被焊金屬熔點tm的部分形成熔化核心。核內溫度可能大超過tm（焊鋼時超出200～300℃），但在電磁力的強烈攪動下，進一步公升高是困難的。
由於電極的強烈散熱，溫度從核界到工件外表面降低得很快。外表面上的溫度通常不超過（0.4～0.6）tm 。
溫度在徑向內也隨著離開核界的距離而比較迅速地降低。被焊金屬的導熱性越好、所用條件越軟，這種降低就越平緩，溫度梯度也越小。
縫焊時，由於熔核不斷形成，對已焊部位起到後熱作用，未焊部位起到預熱作用，故縫焊時的溫度分布要比點焊時平坦，又因已焊部位有分流加熱，以及由於滾盤離開後散熱條件變壞的影響，因此，沿度分布沿工件前進方向前後不對稱，剛從滾盤下離開的金屬溫度較高。焊接速度越大，則散熱條件越壞，預熱作用越小，因之溫度分布不對稱的現象越明顯。採用硬條件或步進縫焊能夠改善這種現象，使溫度分布更接近點焊。
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