第4节电阻焊技术
4.1电阻焊概述
4.1.1、电阻焊基本原理
1.定义：电阻焊，是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生电阻热进行焊接的方法，属压焊。
2.电阻焊热源的产生
电阻焊是将焊件组合后通过电极施压，利用电流通过接头接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接。
要形成一个牢固的焊接接头，两焊件必须具有足够的共同晶粒。
熔焊是利用外加热源使连接处熔化，凝固晶粒而形成焊缝的，而电阻焊则是利用本身的电阻热和塑性变形的能量，形成结合面的共同晶粒而形成焊缝的，从连接的物理本质来看，二者都是靠焊接金属原子之间的结合力结合在一起的。
但他们的热源不同，在接头的形成过程中有无必要的塑性变形也不同，即实现接头坚固结合的途径不同。
这便是电阻焊与一般的熔焊的不同之处。
4.1.2、电阻焊分类
电阻焊的种类很多，可根据所使用的焊接的不同特征进行分类。
图1
4.1.3、电阻焊的特点
1．电阻焊的优点
1)焊接生产率高。
点焊时通用点焊机每分钟可焊60点，若用快速点焊机则每分钟可达500点以上；对焊直径为40mm的棒材每分钟可焊一个接头；缝焊厚度为l～3mm的薄板时，其焊接速度通常为0．5～lm／min，滚对焊最高焊接速度可达60m／min。
因此电阻焊非常适合大批量生产。
2)焊接质量好。
从焊接接头来说，由于冶金过程简单，且不易受空气的有害作用，所以焊接接头的化学成分均匀，并且与母材基本一致。
从整体结构来看，由于热量集中，受热范围小，热影响区也很小，所以焊接变形不大，
并且易于控制。
此外，点、缝焊时由于焊点处于焊件内部，焊缝表面平整光滑，因而焊件表面质量也较好。
3)焊接成本较低。
电阻焊时不用焊接材料，一般也不用保护气体，所以在正常情况下除必需的电力消耗外，几乎没有什么消耗，因而使用成本低廉。
4)劳动条件较好。
电阻焊时既不会产生有害气体，也没有强光辐射，所以劳动条件比较好。
此外，电阻焊焊接过程简单，易于实现机械化、自动化，因而工人的劳动强度较低。
2．电阻焊的缺点
1)由于焊接过程进行得很快，若焊接时因某些工艺因素发生波动，对焊接质量的稳定性有影响时，往往来不及进行调整；同时焊后也没有很简便的无损检验方法，所以在重要的承力结构中使用电阻焊时应该慎重。
2)设备比较复杂。
除了需要大功率的供电系统外，还需精度高、刚度较大的机械系统，因而设备成本较高。
3)焊件的厚度、形状和接头形式受到一定程度的限制。
如点、缝焊一般只适用于薄板搭接接头，厚度太大则受到设备功率的限制，而搭接接头又难免会增加材料的消耗，降低承载能力。
对焊主要适用于紧凑断面的对接接头，而对薄板类零件焊接则比较困难。
4.2电阻焊设备简介
4.2．1、电阻焊设备
4.2.2、电阻焊的电极材料
电极在电阻焊过程中起传导电流、传递压力和导散工件表面热量的作用。
1.对电极材料的要求
1）导电性与导热性高
2）硬度高
3）不易氧化
4）不与焊件材料形成合金
2.常用的电极材料与应用范围
（1）纯铜
Cu%≥99.9%，焊接轻、硬度小的合金。
（2）镉青铜
Ge=0.9%～1.2%，焊接各种钢和有色合金。
（3）铬青铜
Cr=0.4%～1.0%，焊接不锈钢和耐热钢。
4.3电阻热及影响因素
4.3.1、电阻热的产生
电阻焊的热源是电阻热。
由电工学可知，电流通过导体时，导体将吸热，其温度会升高。
同一个道理，当焊接电流通过两电极间的金属区域时，由于焊接区有电阻，就会吸热，并且在焊接区内形成热源—电阻热
4.3.2、影响产生热源的因素
1.电阻的影响
焊接区内总电阻R包括焊接件内部总电阻R W、焊接件接触电
R C、焊件和电极间的电阻R EW之和。
➢焊接本身电阻
当焊件厚度和电极一定时，焊件的电阻取决于焊件的电阻率。
电阻率高的金属导热性差，电阻率低的金属导热性好。
不锈钢焊接时而产热易，散热难。
铝合金焊接时则是产热难，散热易。
因此，前者可采用较小电流进行焊接，后者必须用很大的电流进行焊接。
电阻率不仅取决与金属种类，还于温度有关，随这温度的升高，电阻率增大。
焊接时，随着温度的升高，出电阻率使R W增大外，同时由于金属的压溃强度降低，使焊件与焊件、焊件与电极之间的接触面积增大，因此引起R W减小。
点焊低碳钢时在两种相互矛盾的作用下，电阻率在加热开始时逐渐增大，当熔核形成时，又逐渐降低。
➢焊件接触电阻
焊件接触电阻是由以下两方面因素形成的；
焊件和电极间有高电阻率的氧化膜或油污，时电流受到大的阻碍致使电流不能导通。
由于焊件的表面的不平整，使焊件只能在粗糙表面的局部形成接触点，在接触点形成焊接电流的集中，由于电流的通路较小增加了接触处的电阻。
电极压力增加时，是金属达到塑性状态时，都会导致焊件间的接触面积增加，使接触电阻减小。
2.焊接电流的影响
电流对电阻热的影响比电阻和通电时间的影响都要大，因此在点焊过程
中，必须严格控制电流大小。
此外电流密度对焊接加热也有相当大的影响。
通过对焊点的分流增大电极接触面积或凸焊时凸点的位置，都会降低电流密度和电阻热，从而使接头强度降低。
3.通电时间的影响
为了保证熔核尺寸和焊点强度，通电时间和焊接电流可以在一段时间内得到补充。
为了获得一定强度的焊点，可以通过大电流和短时间来进行焊接。
4.电极压力的影响
电极间的压力对焊接电阻有相当大的影响。
随着电极压力的增加，电阻显著降低。
因此，焊点强度总是随着电极压力的增加而降低。
5.电极端面形状和材料的影响
由于电极端面形状决定电极和焊件接触面积，从而决定电流密度。
电极材料的电阻率和导热性与产热和散热有关，因此，电极材料和端面形状对熔核的形成有较大的影响。
6.焊件表面状况的影响
焊接表面的油污和氧化膜都能增加接触电阻，过厚的氧化膜甚至能阻止电流的流通。
因此焊前必须清除氧化膜。
4.3.3、金属焊时的焊接性
评定金属的焊接性主要依据如下：
➢材料的导热性和导电性
电阻率小而热导率大的金属焊接性较差，必须使用大功率焊机
➢材料的塑性温度范围
塑性温度较小的金属，对焊接参数的波动非常敏感，焊接性差。
焊接时使用精度控制的焊机，同时要求电极的随动性要好。
➢材料的高温强度
高温下屈服强度大的金属，点焊时易产生裂纹、缩孔、飞溅等缺陷，焊接性较差。
焊接时要使用较大的电极压力、有时还需要断电后施加锻压力。
➢材料对热循环的敏感性
在焊接热循环作用下，有淬火倾向的金属易产生淬硬组织或生裂纹、缩孔、飞溅等缺陷，焊接性较差。
焊接时为防止这些缺陷产生，必须采取必要的工艺措施。
此外，熔点高、线膨胀系数大的金属，易形成氧化膜的金属，其焊接性较差。
第五节氩弧焊技术
5.1氩弧焊概述
氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，因此可以
焊接铜、铝、合金钢等有色金属。
5.1.1、氩弧焊特点、分类及应用
1.概念：氩弧焊又称氩气体保护焊，就是在电弧焊的周围通上氩气保护性气体，将空气隔离在焊区之外，防止焊区的氧化。
2. 氩弧焊的特点：
优点：（1）氩气保护可隔绝空气中的氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、五飞溅、质量高的焊接接头。
（2）氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小。
（3）氩弧焊为明弧施焊，操作、观察方便。
（4）电极损耗小，弧长容易保持，焊接时无溶剂、涂药层，所以容易实现机械化和自动化。
（5）氩弧焊几乎能焊接所有金属，特别是一些难熔金属、易氧化金属，如镁、钛、铝及其合金。
（6）不受焊件位置限制，可进行全位置焊接。
缺点：（1）氩气较贵。
（2）在室外焊接时保护气流易被破坏。
（3）氩弧焊因为热影响区域大，工件在修补后常常会造成变形、硬度降低、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划伤、咬边、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。
（4）氩弧焊与焊条电弧焊相比对人身体的伤害程度要高一些。
3.氩弧焊的应用：
氩弧焊适用于焊接易氧化的有色金属和合金钢（目前主要用Al、Mg、Ti及其合金和不锈钢的焊接）；适用于单面焊双面成形，如打底焊和管子焊接；钨极氩弧焊还适用于薄板焊接。
4．保护气体
最常用的惰性气体是氩气。
它是一种无色无味的气体，在空气的含量为0.935％(按体积计算)，氩的沸点为－186℃，介于氧和氦的沸点之间。
氩气是氧气厂分馏液态空气制取氧气时的副产品。
5.氩弧焊的分类及特点
氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。
（1）非熔化极氩弧焊的工作原理及特点
非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极(通常是钨极)和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体(常用氩气)，形成一个保护气罩，使钨极端头，电弧和熔池及已处于高温的金属不与空气接触，能防止氧化和吸收有害气体。
从而形成致密的焊接接头，其力学性能非常好。
（2）熔化极氩弧焊的工作原理及特点
焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。
它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池，冷凝后形成焊缝；另一个是采用保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用，如Ar 80％＋CO220％的富氩保护气。
通常前者称为MIG，后者称为MAG。
从其操作方式看，目前应用最广的是半自动熔化极氩弧焊和富氩混合气保护焊，其次是自动熔化极氩弧焊。
熔化极氩弧焊与钨极氩弧焊相比，有如下特点。
(1)效率高因为它电流密度大，热量集中，熔敷率高，焊接速度快。
另外，容易引弧。
(2)需加强防护因弧光强烈，烟气大，所以要加强防护。
5.1.2、氩弧的形成与特性
1.氩弧的形成
电极在惰性气体氩气的保护下，阳极与阴极之间发射大量的电子，在电场的作用下，电子与原子或分子经多次碰撞，发生了电离现象，产生足够的正、负离子和电子，使气体被电离而导电，于是钨极与焊件之间产生了连续的弧光放电，即产生了氩弧。
2.氩弧的特性
氩气是单原子气体，高温时不分解，没有吸热作用。
氩气比其他气体的比热容小，热导率低，所以，在氩气中燃烧的弧热量损失小，电弧热量集中，弧柱的温度高，稳弧性能好。
5.1.3、氩弧焊接过程
1.引弧
2．〝阴极雾化〞作用
当采用交流电源焊接铝合金，焊件为负极半周波时，大量正离子以很高的速度向阴极移动，轰击熔池表面，产生很大的热量，使熔池表面难熔的金属氧化膜破坏、分解和蒸发，显现光亮、清洁的金属表面。
这种现象只是在直流反接或交流焊接、焊件为阴极时才出现。
焊接时无需添加溶剂即可得到熔合良好的光亮焊缝。
直流正接就无这一现象，故称为“阴极雾化”（或“阴极破碎”）作用。
3.交流电弧中的局部整流作用
为了减少和消除直流分量，常采用以下措施：
（1）在电路中串联一个蓄电池；
（2）在电路中串联一个电容器；
（3）在电路中串联有效电阻；
（4）在电路中串联二级管加并联电阻。
5.2氩弧焊设备简介
氩弧焊设备按操作方法分：
◆钨极手工氩弧焊机
◆半自动氩弧焊机
◆自动氩弧焊机
氩弧焊按焊机种类分：◆直流氩弧焊机
◆交流氩弧焊机
◆脉冲氩弧焊机
2. 钨极氩弧焊机的特点
◆采用惰性气体氩气作为保护气体，可有效的隔绝电弧和熔池周围的空气，并且不与任何金属发生反应，焊接过程无副作用。
◆钨极的电弧稳定，在极小电流（几安培）时，也可以稳定燃烧，特别适合焊接各种金属的薄板。
◆具有阳极清理的作用，有利于焊接化学活泼性强的有色金属和容易氧化的金属。
◆飞溅小焊丝成形好。
◆可以进行填充焊丝或不填充焊丝焊接，焊丝和热源能分别控制，能进行全位置焊接。
5.3氩弧焊焊接工艺参数及对焊接质量的影响
1.焊接电流和钨极的关系
焊接电流和钨极直径，一般是根据焊件的厚度来选择。
首先，可根据电弧情况，来判断焊接电流和钨极直径是否选择适当。
正常电流时，钨极端部呈熔融状的半球形。
此时电弧最稳定，焊缝成形良好；焊接电流过小时，电弧在钨极的单边，并有飘动现象。
电流过大时，容易使钨极端部发热，钨极的熔化部分容易脱落到焊接熔池中，形成夹钨等缺陷，并且电弧也不稳定，焊接质量差。
焊接电流是最主要的工艺参数。
随着电流的增大，熔透深度及焊缝宽度都会相应增大，而焊缝高度减小。
当焊接电流太大时，容易产生烧穿和咬边；电流过小，容易产生未焊透。
2．焊丝直径的选择
焊丝直径的选择合适，有利于熔滴呈细滴状过渡，提高氩气的保护效果。
焊丝直径粗，对氩气流产生一种阻力，降低氩气的保护效果。
但焊丝也不能过细，否则由于焊丝熔化太快，增进焊丝送进频率，容易使焊丝与钨极接触，影响焊接质量。
3.焊接速度
随着焊接速度的增大，熔透深度及焊缝宽度都会相应减小。
当焊接速度太快时，则气体保护受到了破坏，焊缝容易产生未焊透和咬边。
焊速太慢，焊缝容易烧穿和咬边。
4.电源种类和极性
钨极氩弧焊可以使用交流和直流电源，采用哪种电源是根据被焊材料来选择的，对于直流电源，还要选择极性。
5.电弧长度
电弧长度是指钨极末端到工件之间的距离。
随着电弧长度的增大，焊缝宽度增加，熔透深度减小。
当电弧太长时，焊缝容易产生未焊透和氧化现象。
所以在保证电弧不短路的情况下，应尽量采用短弧焊接。
这样，保护效果好，热量集中，电弧稳定，焊透均匀以及焊接变形小。
6.钨极直径
钨极直径的选择根据焊件厚度和焊接电流的大小来决定。
当钨极直径选定后，就具有一定的焊接电流许用值。
焊接时，，若超过许用电流值时，钨极就会发热，局部熔化和挥发，引起电弧不稳和焊缝夹钨等缺陷。
7.氩气流量
随着焊接速度和电弧长度的增大，气体流量也要相应增大，否则，容易造成保护性能变坏。
当气体流量太大时，使气体的流速增大，气流产生紊乱，保护性能下降，导致电弧不稳、焊缝产生气孔和氧化现象。
反之，氩气流太小时，气体的刚度差，同样会降低保护效果。
在一定的限度内，流量越大，保护效果越好。
8.喷嘴直径
喷嘴直径应能保证氩气从喷嘴流出后，能严密地罩住焊接熔池。
喷嘴直径太大时，影响操作者视线，不易观察焊缝的成形。
喷嘴直径太小，喷出的气流不能很好地笼罩焊接区，使金属容易氧化。
喷嘴直径一般以12-16mm为宜。
喷嘴直径是根据焊件厚度和焊接电流的大小而选择的，增加喷嘴直径，还要增加气体流量，扩大保护区，以提高保护效果。
9.喷嘴至焊件距离
喷嘴至焊件距离太大，保护气层受空气流动的影响产生摆动，当焊枪沿焊接方向移动时，保护气流抵抗阻力的能力会降低，空气会沿焊件表面浸入熔池。
为了使熔池得到较好的保护，喷嘴至汉奸的距离以8-14mm为宜。
10.钨极伸出长度
钨极伸出长度增大，喷嘴距焊件的高度就要增大，喷嘴距焊件越远，氩气越容易受气流的影响而发生摆动；钨极伸出长度太小，操作者不容易观察焊缝成形情况。
一般钨极伸出长度以3-14mm为宜。
