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斯特点焊机解释精密点焊的基本常识

发布时间:2015-03-13

精密点焊基本常识

为了让更多客户了解点焊及精密点焊,斯特从多方面收集了一些精密点焊方面的常识来与大家分享。

一. 点焊及施焊方法

点焊工作原理是根据电流的热效应。点焊时两个被焊工件首先在焊钳或焊枪气缸的作用下通过上下电极压紧,然后通过焊接电流(一般在几千到几万安培),根据焦耳定律

Q=0.24I ²Rt,使被焊处金属熔化,达到焊接温度后切断电流,在电极的压力作用下,熔化金属冷却结晶形成焊核。点焊的种类很多,电池焊接主要有两种:双面单点,单面双点。

    双面单点是应用最广的一种点焊形式。如:悬挂式吊点焊机,座点焊机。它的特点是一次通电只能焊一个焊点。

   单面双点:主要应用在工件同面上,另一面垫有一大块导电性能很好的铜导电板(),焊接变压器二次线两端与电极连接,工件被压在电极与铜垫块之间。因此,在装配多点焊机电极块时必须用绝缘材料将电极块与电块支架分离开。维修时一定要把原有的绝缘垫片装上,防止在施焊时分流。

.点焊的循环

每焊一个焊点必须经过.焊接.维持.休止四个过程。每一个过程都持续一定的时间,分别为压时间t,焊接时间t,维持时间t,和休息时间t,这四个过程对点焊的质量是不可缺少的。如图:

    压:压时间是指电极开始向工件加压到通电开始这段时间。在这段时间内,电极必须向工件加给焊接时所必须的压力。保证被焊工件紧密接触,如压时间太短,没等两工件紧密接触时就开始通电,因接触电阻太大,点焊时就可能出现烧穿现象。

    焊接:焊接时间是指在点焊过程中,电极通过的时间,是焊接过程中的重要环节。焊接时电流通过电极流经焊件,使焊接处产生强烈的电阻热,在热量最集中处的金属首先熔化,同时熔化的金属被周围尚未熔化处与塑性状态的金属环所包围,使熔化的金属不能外溢。随着时间的增长,熔核不断扩大,焊接时加热的速度是非常快的,有时在电流过大或焊接时间过长在电极压力的作用下会产生飞溅,在一般情况下少量飞溅是可以的,但是飞溅太大会影响焊接质量,压痕太深。一般压痕深度不能超过零件厚度的20%

维持:维持时间是指从断电开始到电极抬起这段时间,即在压力的作用下,使塑性环内的液体金属结晶,形成焊核。如果焊接电流一断,焊核内的液体金属没有来得极结晶时,电极就抬起,那么焊核金属由于在封闭的塑环里结晶凝固,体积收缩无法获得补充,就会形成缩孔或疏松组织。显而易见,有缩孔或疏松组织的焊核强度是很低的,因此维持这段时间是必不可少的。它是保证焊核在压力作用下结晶,使焊核组织致密。

休止:休止时间是指电极从工件抬起到下一个循环加压开始这段时间。只要能满足工件移动.定位及满足焊机的机械动作时间即可。在满足这些条件的前提下,这个时间越短越好,因为这样生产率越高。

    以上所介绍的点焊循环是最基本的,对于任何金属及合金的点焊来说,其中哪一个过程都是不可缺少的。

点焊的电阻

点焊的热源是电流流过被焊金属时电阻所析出的电阻热。因而点焊时的电阻大小及其分布是关系到点焊能否进行,能否获得良好的质量重要因素。点焊时的电阻R,它包括电极与工件的接触电阻R,工件的有效电阻R,工件间的接触电阻R,其关系为:

R=2R+2R+2R,则点焊时所析出的电阻热量为:Q=0.24I²(2R+2R+2R)t。应该说,在点焊过程中,由于工件被加热,温度逐渐升高,无论是工件的本身电阻还是接触电阻以及焊接电流都有明显变化。因而,想用焦耳—次定律准确地计算出点焊时所析出的电阻热是困难的。以下介绍一下点焊的三个有关电阻。   

1.工件间接触表面的接触电阻R

    接触电阻大小与电极压力有关,与材料性质和零件表面状况有关。随着电极压力的增大,

焊接工件表面的凸点被压溃,使接触点的数量和面积都随着增加,因此接触电阻就减小。在点焊过程中,在焊机容量较小的情况下,有时通过调整电极压力来改变接触电阻的大小,来调解点焊时的热量以改善焊接质量。同样,如果材料的性能愈软,则压溃强度愈低,在同样压力下接触面增加,接触电阻减小。当焊接表面存在氧化物和脏物,尤其是导电性很低的氧化物时,会严重阻碍电流通过,而使接触电阻明显增加。接触电阻还与温度有关。在焊接加热过程中,随着焊件温度逐渐升高,接触点的压溃强度下降,从而使接触面急剧增加,接触电阻迅速下降。当件在温度达到一定值时其接触电阻几乎完全消失。

2.电极与工件的接触电阻R

    电极和工件的接触电阻一般为工件间接触电阻的一半左右,即R=0.5R。这个电阻对于点焊来说是有害的,它的电阻越小愈好。因此,这个电阻过大,使电极与工件接触处温度过高,造成表面飞浅或烧穿,而且电极容易和工件焊在起,电极磨损严重,给点焊带来很大困难。工件表面有油污、杂质、锈蚀都可造成以上有害影响。另外,当电极带有铁物质时,必须清理干净在进行焊接。

3.焊件内部有效电阻

    点焊时,焊核形成所需要的热量,大部分都是由焊件内部的电阻产生的,约占焊核所需热量的90%以上。工件内部有效电阻R与零件厚度、电极与工件接触表面直径D,被焊工件材料的电阻系数有关,可以用下式表示:R=Kxδ⁄D²ΧP  

其中:δ—被焊工件厚度(毫米)  

      D—电极与工件接触表面直径(毫米) 

      K系数(电流密度不均引起 

      P—被焊工件材料的电阻系数欧姆∕厘米

点焊时的加热特点

    点焊时,电流流过工件电阻和接触电阻所析出的总热量Q的消耗可分两大部分。Q

的一部分消耗在焊接处及其邻近区域,这部分热量用以将这部分金属加热到焊接温度,以便实现焊接。这部分热量是实现焊接的有用热量,我们称为有效热量QQ的另一部分热量用于补偿焊接处周围的冷金属的热量Q1及电极和冷却水传走的热量Q2与向周围空气幅射的热量Q3。这部分热量并没有用来加热被焊金属,对于焊核的热形成来说是无用的,白白损失掉的热量,故称为无用热量或损失热量。如图:

  

把上面关系可用平衡方程式来表示:Q=Q有效+Q=Q1+Q2+Q3+Q有效

    有效热量大小取决于焊接区或金属的体积、温度和金属的热物理性质。当被焊区域金属材料体积一定时,它与加热时间长短没有关系。而损失的热量Q是与加热时间长短有关系,时间越长Q愈大

Q有效与焊接区金属的体积、温度及金属材料的热物理性质有密切系。工件越厚焊接区金属的体积也就越大,因而,点焊时所需要的热量也就越越多。

Q也与金属的体积、金属材料的热物理性质及周围介质的温度有关。当焊接工件尺寸越大,金属的导热性越好,周围介质的温度越低,焊接时间越长则Q也就越多。这也就是说,一些导热性好的有色金属在点焊时焊接困难所在。另外,Q是随着时间的增长而增大的,所以在焊接时在焊机功率足够保证焊接质量的前提下,尽可能用短的焊接时间,大的焊接电流。焊接区的加热温度与加热时间的关系,不论焊机功率多大,随着加热时间的增长,开始焊接区的温度上很快,最后趋向一个恒定值,这是因为加热时间延长,尽管电极热析出的热量越来越多,但同时向周围冷金属、电极传导和向周围介质散失的热量也越来越多,最后电阻在单位时间内析出热量和损失的热量相等,达到了平衡状态,则工作温度也就达到了一个稳定数值。因此,要获得质量高的焊点不能无限利用延长焊接时间来降低热工率的办法来实现焊接时间,工件待焊区的温度永远也达不到焊接温度。

                                   

点焊参数规范及其对焊接质量的影响

    点焊规范就点焊过程中,保证获得良好的焊接质量时,与焊接质量有密切关系的参数规定范围。点焊时的主要工艺参数规范有:焊接电流、焊接时间、电极压力和电极工作面直径。

点焊参数规范与点焊质量有着十分重要的关系。因此,有必要就点焊的参数规范与点焊的质

量关系进行仔细分析。

1.焊接电流与焊接时间

点焊时、被焊区电阻所析出的热量为:Q=0.24I²Rt()  

其中:R—工件电阻R与接触电阻R之和,单位为欧姆。

      I—焊接电流,单位为安培。

      t—焊接时间,单位为秒

    在点焊时如果保证电极压力P,电极与工件接触表面直径,工件材料、厚度及表面质量不变,则电阻R基本上是保持不变的。从上式看出电阻产生的热量与电流I和时间t有关。随着焊接电流和焊接时间的增长,焊接处产生的热量越来越多,特别是电流的影响更大。

点焊时,形成焊核尺寸的大小与电阻析出的热量有关,因而It直接影响到点焊时焊点的强度。

    焊点强度随着焊接时间增长,开始增长很快,接着比较平缓,最后焊接时间太长,焊点强度反而下降。当焊接时间很短时由于电阻析出的热量少,不足以使核心金属熔化。因

而,两焊件只能在电极作用下,作用区很少一部分的金属实现了塑性焊接,没有能形成焊核

如果焊接时间增长,焊接区的温度逐渐升高,但还未达到焊接所需要的温度,焊核尺寸小,强度不高。当继续延长焊接时间电阻所析出的热量已使焊接处的温度逐步达到了点焊所需要的温度焊核已达到了所需要几何尺寸,焊接质量最好。如在进一步延长焊接时间,焊接质量开始逐步下降。这是因为一方面由于加热时间过长,加热区太宽使焊核发附近区域过热严重,另一方面由于焊接时间太长溶化核心个过大,以致于在压力的作用下,核外的塑性金属环已经包不住了溶化了的金属,造成飞溅太大,压痕过深,降低了焊点有效的截面积,使焊点强度下降

    因为焊接电流对于焊点质量的关系与焊接时间对于焊点质量的关系相似,故不再重述。

2.电极直径d

电极直径是指电极与工件接触表面直径。电极直径与焊接质量有密切关系。如果在其它工艺参数保持不变的条件下,那么随着电极直径的增加,电极与工件接触表面增加,使焊接区电流密度下降,散热强烈,这两者都不利于焊点的形成,使焊接强度下降。在点焊过程中,随着焊点数目的增加电极不可避免的要磨损或者压堆。电极和工件接触表面直径逐渐扩大,使焊点强度下降。因而在焊接过程中,要不断的对电极进行修整。

3.电极压力P

点焊时,电极压力是点焊工艺参数规范中很重要的参数之一。因为电极压力P的大小直接影响到焊接金属区的加热状态。

当压力P太小时,工件表面接触不良,则接触电阻很大,会使工件烧穿,有时还会把电极烧坏。当P压力太小时,还会产生因为电极加在工件上的压力小于克服零件变形的刚性力,使两工件在焊接处就根本不能接触,焊核在被焊处就根本无法形成。电极加在工件的作用力可分成两部分,一部分克服零件弹性变形使工件能够接触。另一部分用来使被焊接触面上互相压紧。克服工件变形的力和电极加在工件上的压力与工件的厚度有关,随着工件的厚度增大,而压力也同时加大。

如果在其它参数不变的条件下,随着电极压力的增加,焊点的强度逐渐下降。因为电极压力增大,电流密度减小,而损失的热量又增多,所以焊接区的加热越困难,不可避免焊核尺寸减小,焊接质量下降了。如果在提高电极压力的同时,使焊接电流增加,或在提高电极压力的同时适当的延长焊接时间以便使焊点强度不变,那么随着电极压力的增高,焊点强度越来越稳定。

.点焊时分流及其对点焊质量的影响

    点焊时分流是指在点焊时,一部分电流绕过了工件被焊部位,另外构成回路。那么未经焊接部位流过的电流叫做分流。

    由于焊接某焊点时工件和焊钳臂相接触,故有一部分电流由焊钳臂绕过了焊接部位另外构成回路。由于分流使焊接部位流过的电流减小,使焊点加热不足产生焊不牢的质量问题。同时在分流回路中,工件和钳臂接触处容易“起火”把焊钳和工件烧坏。引起分流的原因是各种各样的,而分流在有些情况下对焊点质量的影响很大,因而对于点焊中应该出现的分流应该及时排除。

    下面把点焊过成中经常产生的分流现象作简介:

1.焊接二次回路与机体绝缘不好产生分流

    焊机变压器二次线与机体都是绝缘的。如果拆修不及时,其绝缘不良或击穿,就会产生分流,严重时使焊接无法进行。例如多点焊机的导电夹具部分,绝缘接头,垫片等对其绝缘性能应该经常进行测试,发现问题及时维修。一般要求绝缘电阻每仟伏不少于0.5兆欧。

2.相邻焊点的中心距对点焊分流的影响

    两相邻焊点间距越小,则分流路经部分电阻越小,而产生的分流越大。所以点焊时要按工艺要求和理的选择点距,以减少分流的影响。

3.焊件的厚度对分流的影响

    随着焊件厚度的增加,分流就越严重,这是因为焊件厚度增加使分流路经的金属导电截面积增大,而分流路经的电阻降低,故分流大。

    另外,焊点的焊接顺序,焊件表面状态,电极压力等对点焊的分流都有影响。总之产生分流因素很多,对点焊的影响也各有不同。其中,因二次回路相接处而产生的分流对点焊质量的影响较大,应经常检查避免分流现象发生。

.点焊的缺陷和检查

    质量良好的焊点,无论从外观还是从焊核内部都是没有缺陷的。从外观看,焊点园而且表面平整,无烧伤、压痕深等各种缺陷。从内部看,应有尺寸合适的焊核,焊核应是很致密的铸造组织,核内不能有缩孔、疏松、裂纹等缺陷。如果在点焊时,焊件清理不好,规范选择不当,都能引起缺陷的产生。

    点焊的缺陷主要有:

1.未熔透:

    未熔透即在点焊时,没有形成“扁豆”样的铸造点焊组织。这种缺陷最危险。它会大大降低焊点的强度。而且这种缺陷一般不能从外观上检查出来。产生未熔透的主要原因是由于焊接电流密度太小或焊接时间短使焊接部位加热不足所造成的。造成焊接部位电流减小的原因是多种多样的。如:①焊接工艺规范调节不合适,②二次回路电阻增大,③有部分分流现象,④网络电压下降等。

2.飞溅:

飞溅在点焊中经出现。少许的飞溅是不可避免的,如果飞溅太大,会造成压痕过深。工作表面的凹陷太深,会造成焊核强度明显下降。飞溅有两种,即初期飞溅和末期飞溅。初期飞溅是电流闭合瞬间产生的。其主要原因是由于予压时间太短或焊件表面不清洁及压力小所造成的。末期飞溅是在通电末期产生的,其原因主要是焊接电流太大或焊接时间太长,核内熔化的金属大到周围塑性环在电极压力下已经包不住了,而造成液体金属的外溢。

消除飞溅的办法是查找产生飞溅的原因,适当地调节焊接规范或改善工件表面质量。

3.焊件表面熔化或烧穿:

产生这种缺陷的原因主要是:①工件表面不清洁,②电极表面不平或粘有被焊金属,③焊接对位偏移,焊接规范调整的不好。

4.电极压痕过深:

    正常焊点表面电极压痕深度不应超过一个工件厚度20%。电极压痕过深的主要原因有焊点严重过热,喷射严重,电极表面直径太小和工件装配间隙太大等。

5.裂纹:

    产生裂纹的主要原因是冷却速度太快

6.疏松和缩孔:

    疏松和缩孔主要是由于电极压力过小或维持时间太短所致。

    以上缺陷在低碳钢点焊时常见的是未熔透,焊件表面熔化,烧穿及喷射严重压痕过深等几种。

对于以上资料可能还有不完全的地方,请勿喷,以后会尽量完善。有不正确的地方也请指正。希望斯特焊机能为大家提供优质的点焊服务。