接触焊的分类及焊接原理.docx
接触焊的分类及焊接原理1.接触焊的分类接触焊工焊接接头的形状不同，可分为点焊、滚焊及对焊3类，如图IO-Il所示。图IO-Il接触焊示意图1 )点焊点焊时(图IO-Il(a),将焊件搭接好，压紧在两圆柱形电极间，并通以很大的电流，使两焊件接触处加热到熔化温度，形成似透镜状的液态熔池，断电后，在压力的作用下凝固形成焊点。2)滚焊滚焊与点焊相似，滚焊时(图io.”(b),以旋转的滚焊盘代替点焊时的圆柱形电极，而焊件在转动的滚焊盘间借摩擦力向前移动，当电流断续或连续地由滚焊盘流过焊件时，即形成滚焊焊缝。所以滚焊焊缝实质上是由许多彼此相重叠的焊点所组成。3）对焊对焊可以分为电阻对焊和闪光对焊两种。电阻对焊时（图1011（c）,将两焊件端面互相压紧，并通过很大电流，依靠两焊件端面间的接触电阻和焊件本身的电阻使属金属加热到塑性状态，断电后，在压力的作用下，两端面即被连接在一起。闪光对焊主要是依靠两焊件间的接触电阻来加热焊件的。加热时，首先使两焊件保持轻微的接触，当电流流过两焊件间的接触点时，接触点被熔化并向四周喷溅，随着焊件的继续靠近，接触点不断产生和熔化，使两端面在一定深度内加热到一定温度，然后迅速断电加压，两者即被连接在一起。2.接触焊的原理1）接触焊的热源当电流通过导线时，能使导线发热，若改变导线电阻就能调整其发热程度。接触焊时电流通过焊件发热量的大小按焦耳一楞次定律确定，即Q=0.24UR式中Q所产生的热量（J）；I焊接电流（八）；R两电极之间的电阻（C）；t通电时间（三）。应该指出，采用不同的接触焊方法，两电极之间的电阻R也是不同的。例如，点焊时的电阻R是由焊件内部电阻R件、焊件与焊件间的接触电阻以及电极与焊件间的接触电阻R触组成的，如图10-1 2所示。即R = 2R 件+ R 触+ 2R2）接触电阻的概念图Io-13 电流通过饵件间接触点的情况任何方法加工的焊件，将其放在显傲镜下，都可以清楚地看到其表面仍然是凹凸不平的。则当两焊件互相压紧时，不可能沿整个平面相接触，而只在个别凸出点上接触，如图10-13所示。若在两焊件间通以电流，则电流只能沿这些实际接触点通过。这样，使电流通过的截面显著减小，同时迫使电力线在接触点附近产生弯曲和收缩，从而形成了接触电阻。接触电阻大小与电极压力、材料性质和表面状况有关，如图10-14所示。随着电极压力的增大，焊件表面的凸出点被压溃，氧化膜也被破坏，使接触点的数量和面积都随之增加，则接触电阻就减小。图Io-14接触电阻与电极乐力、材料性质和表面状况的关系同样，若材料性质越软，则其压溃强度越低，由于接触面积的增加，使接触电阻减小。当焊件表面存在氧化物和赃物，尤其是导电性很低的氧化物时，会严重阻碍电流的通过，而使接触电阻显著增加。接触电阻还与温度有关。在焊接加热过程中，随着焊件温度的逐渐升高，接触点金属的压溃强度逐渐下降，从而使接触面积急剧增加，接触电阻快速下降。图1015所示为焊接低碳钢及硬铝时，焊件间的接触电阻与温度的关系。从图中可以看出，钢焊件在温度接近600时，其接触电阻儿乎完全消失。而对于铝合金，这个温度为350左右，并且到达此温度的时间很短（图所以，点焊或滚焊时，接触电阻仅在焊接开始瞬间对热量的产生有一定影响，而在形成焊点的总热量中，所占比重并不大。然而，接触电咀产生的热量，对焊点的形成仍然起着重要的作用。由于金属的电阻与温度有着如下的关系：f>Q图Io-IS接触电阻与A度的关系OOI00200300«H图10-16惮件接触电IB的变化S超R1=R0(l+t)式中R11时的电阻（C）；ROOC时的电阻（Q）；a电阻的温度系数，对于铝、铜等纯金属而言，大约等于0.004,对于钢来说，这个系数是变化的，即随着温度的升高，金属的电阻随之增大。在焊接时，由于焊件接触面间接触电阻的作用，使焊件接触表面间的属金属首先被加热到较高得温度。同时焊件金属的电阻也剧烈增加，产生的热量迅速增多。此时接触电阻也随之消失，但该处金属却由于焊件金属的电阻热继续作用，因而首先达到焊接温度，从而形成均匀分布在接触面两边的焊点。焊件与电极间的接触电阻R极，对焊接是不利的。R极大，容易使焊件和龟极间过热而降低电极寿命，甚至使电极和焊件接触表面烧坏。则焊件和电极在焊接前必须仔细清理，从而减少它们之间的接触电阻。此外，电极必须具有良好的冷却条件，使此处热址能迅速扩散。图K）-17点焊时电力线的分布图10-18焊接过程中饵件内部电阳的变化曲线3）焊件的内部电阻若用细小的电力线来表示电流流通情况，并以线分布的密度来表示电流密度的大小，则在点焊时，电流按图10-17所示情况流过焊件。由图10-17可知，电流不是直线形通过焊件，并且电流密度的分布是不均匀的，它直接影响着焊件内部电阻值。则焊件的内部电阻应按下式计算：式中焊件厚度（Cm）；D电极与焊件间的接触面直径（Cm）;Kl电流密度不均匀分布的系数，它取决于D的值，当D3<5时，比值D/3增大，系数Kl也增大；K2由于焊件加热不均匀而使电流密度分布发生改变的系数；P焊件材料的电阻系数（Qcm）O由上式可知道，R件还与焊件材料的电阻系数有密切关系。即电阻系数大的材料（如不锈钢），R件就大，在同样电流下，发热量也就大。相反，电阻系数小的材料（如铝合金）R件就小，在同样电流下，发热量也就小。焊件内部电阻在焊接过程中的变化是很复杂的。一方面，当焊接处金属温度升高时，焊件内部电阻应该增大；另一方面，随着温度的升高，焊接处金属的塑性变形增加，使电极与焊件间接触面积增大，此时虽然系数Kl增大，但根据上述公式，焊件内部电阻仍应下降。在焊接过程中，焊件内部电阻实际上按图10-18所示的曲线变化，开始时增加，然后又逐渐下降。对于铝合金，在接通电流后，焊件内部电阻增加并不显著。则在焊接铝合金时，两焊件间的接触电阻的作用是很重要的。3.接触焊时的电流分流现象及其对焊接的影响1）分流及其对焊接的影响接触焊时，绕过焊接区的一部分电流叫做分流。对点焊而言,分流将通过已焊好的焊点或除焊接区以外的两焊件间的接触处如图10-19所示。由于分流的存在，经过焊接区的电流大大减小，导致加热不足，造成焊点强度显著下降。为了使焊接区获得足够的热量，选用的焊接电流应比没有分流时大一些。图10-19点焊时的分流现象另外，分流还使焊接区各部分的电流密度分布特性发生变化，这种变化是使电极与焊件间接触位置具有最大的电流密度。当分流相当严重时，甚至使电极与焊件接触处的电流密度比其余区域大，因而引起此处焊件金属的迅速加热，以致于这部分热量来不及散失，结果在此处发生烧穿和外部飞溅。为了克服这种现象，必须采取以下措施来改善电极与焊件间的冷却条件：（1）清理电极要良好。（2）电极压力要大。（3）改善电极的冷却条件，工艺上许可时，可采用外部水冷却。分流的程度可以用下式来表示：分流程度二I分I×100%式中I焊接回路总电流（八）；I分分路电流（八）。2）影响分流程度的因素主要影响分流原因有下列几个方面：焊件厚度和焊点间距点焊低碳钢时，随着点距的增加，使分路电阻增大，则分流程度减小。当采用50mm30mm的常用点距时，分流电流占总电流的25%40%,并且随着焊件厚度的减小，分流程度也随之减小。相反，当焊点间距减小或焊件厚度增大时，分流程度就增大。应该指出，当滚焊黑色金属密封接头时，焊点间距虽然很小，但由于两电流脉冲间隔时间很短，前一焊点还处于高温状态，其电阻比较大，也即分路电阻大，所以分流程度并不大。当焊接铝合金时，由于焊点冷却较快，因而滚焊铝合金时的电流分流程度要比滚焊黑色金属时大。（2）焊件层数增多，由于焊接区的电阻增大，分流电路电阻相对减小，所以分流程度相应增大。例如，焊接3块2mm厚的焊件时，其分流程度就要比焊接两块2mm厚的焊件大。因此，当焊件多层焊件时，为减小分流，焊点间距应相应加大。（3）焊件表面状况对分流影响很大。当焊件表面存在氧化膜或赃物时，两焊件间的接触电阻增大，通过焊接区的电流减小，也即分流程度增大。
