1、汽 车 点 焊 工 艺（论文）封面摘要目录第一章绪论1.1电阻点焊的背景及意义1.2汽车点焊质量控制技术的发展及现状第二章电阻点焊焊概述2.1电阻点焊简介2.2点焊方法分类2.3电阻点焊的基本原理2.3.1电阻点焊的基本过程2.3.2焊接热的产出及影响因素第三章点焊工艺参数选择3.1主要规范参数分析3.1.1.电极压力对点焊质量的影响3.1.2.通电电流对点焊质量的影响3.1.3通电时间对点焊质量的影响3.3 调整方法:3.2焊接规范参数的确定原则:第四章点焊质量保证与缺陷分析4.1点焊质量保证4.1.1焊点工艺设计的优化4.1.2电极4.1.3焊点的强度保证4.1.4焊点外观质量的保证4.2
2、点焊接头主要缺陷产生的原因及预防措施第五章悬挂点悍工艺在小批量汽车生产企业中的应用5.1悬挂式点焊工艺应用的现状5.2悬挂式点焊应用的工艺条件5.3小批量自制件汽车生产企业悬挂式点焊工艺的应用5.3.1悬挂式点焊设备的选择5.3.2使用悬挂式点焊设备的数量以及焊装线的设计和布置对悬挂式点焊设备利用率的影响5.3.3点焊工艺条件的保证5.3.4悬挂式点焊机的使用维修和管理第六章车身制件点焊工艺的改进6.1车门点焊工艺改进6.2车门拉手支架点焊工艺改进6.3支柱加强板焊接外观改进第七章汽车车门周边点焊新工艺7.1车门总成加工工艺7.1.1车门总成加工工艺分类7.1.2车门总成周边点焊工艺7.2车门
3、周边点焊新工艺7.2.1手工点焊车门周边工艺缺陷的原因分析7.2.2车门周边点焊工装夹具的设计第八章点焊焊枪驱动控制6.1电动伺服焊枪应用现状6.2点焊焊枪气动力伺服系统的组成及特点6.3气动伺服系统的数学模型结束语参考文献摘要【电阻点焊是一种被广泛应用的生产工艺，尤其被广泛应用于现代制造业及其它一些高科技产业与领域，如汽车制造、飞机制造及航空航天领域等。点焊是现在汽车车身及其它部件的主要连接工艺方法，在汽车制造工业中发挥着不可替代的重要作用。汽车车身点焊的连接质量决定了汽车的整体结构刚度和完整性，所以检测和保证点焊的连接质量具有重要的实际意义。本文基于超声检测的基本原理，进行了汽车车身焊点连
4、接质量的检测和评价研究。】【在微型车车身装配焊接中，电阻焊占有相当重要的地位。但是在焊接过程中所出现的缺陷给汽车装配带来一定的影响，这些问题如到了总装流水线上装配才发现，需要进行补焊、补漏、校正，变形，影响流水线的作业进度，因此消除焊接缺陷，对汽车装配具有重要意义。】【通过深入分析点焊工艺过程,结合基于事例推理的特点,将点焊工艺事例属性划分为两类:事例特征和事例特征。设计了相似点焊工艺事例的检索策略:在事例特征的约束下,以事例特征中所包含的材质的热物理性质和板厚作为检索相似事例的依据。应用模糊推理的方法对检索到相应的相似事例库中所含有的工艺知识、规则进行提取、总结,进而指导对新的点焊工艺事例的
5、求解,从而较好的解决了点焊工艺设计中基于事例推理时,难以建立合适的模型对检索到的相似事例进行修正的难点,使点焊工艺参数的智能求解过程更加符合领域专家的思维,过程更加灵活,具有开放性。】【现代轿车的白车身都是通过冲压件焊接连接而成，焊接质量的好坏直接关系到车身的可靠性，因此研究车身焊点的质量非常重要。锌钢板虽具有较好的抗腐蚀性能，但点焊过程中，与无镀层钢板相比，存在以下问题：先于钢板熔化的锌层形成锌环而分流，致使焊接电流密度减小；锌层表面烧损、粘连、污染电极而使电极寿命降低；锌层电阻率低，接触电阻小；容易产生焊接飞溅、裂纹、气孔或组织软化等缺陷。对于生产企业来说，合理选择工艺参数则是控制焊点质量
6、的最主要途径。本文通过一种既能减少试验次数，又能获得可靠结果的多因素的优选方法正交试验设计对点焊工艺参数进行优化，代替了传统的经验法，在确保试验结果可靠的基础上，提高了试验效率。】【随着汽车工业飞速发展，电阻点焊己经成为轿车白车身装配的主要连接方法，因而点焊质量与焊接效率对轿车的质量与成本有着重要影响。广阔的市场需求及严格的焊接质量要求对点焊质量控制提出了更高的要求，点焊的质量问题越来越多地受到关注。由于点焊过程的复杂性，点焊质量的在线评估与质量控制一直是点焊技术领域中的难题。针对这一问题，本文对汽车点焊过程的质量控制和评估方法进行了研究，重点研究了一种点焊质量的多变量综合监控技术，以保证焊点
7、质量的稳定性，提高点焊合格率，从而达到降低生产成本和提高生产效率的日的。】第一章绪论1.1研究背景及现实意义电阻点焊是一种被广泛应用的制作金属板件连接装置的生产工艺，相对其它焊接方法，点焊的主要优点是高效、质量可靠、成本低、易操作、易实现焊接自动化，适用于大批量生产。由于上述诸多优点，尤其被广泛应用于现代制造业及其它一些高科技产业与领域，如航空航天、汽车制造、能源、电子及轻工等领域，每年约占世界总焊接量的三分之一。例如，一架（美国）飞机上有一百多万个点焊焊点。点焊已经成为汽车制造工业中的主要连接工艺方法，在汽车制造工业中发挥着不可替代的重要作用4-5。首先应用于车身焊装，如图1-1所示。汽车车
8、身焊装包括车身底板、侧围、车架、车顶、车门、车身总成等部分，在它的焊接过程中大量采用电阻点焊工艺。例如，富康轿车白车身，属于无独立车架的承载式全焊接结构，是由20多个大总成、数百种薄板冲压件经焊接而成的复杂结构件；其焊接方法有电阻点焊、混合气体保护焊（MAG焊）、螺柱焊等，而主要采用电阻点焊模式，白车身上电阻焊焊点有3600多个6；上海大众“帕萨特”白车身上的焊点数达到5892点，三箱POLO车的整个车身共有3725个焊点，几乎遍及每一个总成7，因此保证点焊焊接质量成为汽车车身装配质量、控制车体误差的关键。其次，点焊还应用于汽车零部件的生产，包括横梁总成车挡托架的装配点焊、燃油箱上固定件的点焊
9、、滤清器点焊、液力变矩器平衡片点焊、汽车制动蹄点焊等。虽然新的焊接方法的发展在汽车工业中逐步形成了规模，部分的取代了传统的电阻焊方法，用于汽车车身和零部件的装配焊接，但是电阻点焊在汽车制造中的主导地位在今后的一段时期内不会改变8，电阻点焊在汽车生产中的应用前景仍旧是非常广阔的。中国的汽车工业已进入历史上少有的高速发展期，2004年汽车产量预计在500万辆以上，其中轿车将超过220万辆8。点焊的完整性决定了汽车的整体结构刚度和完整性，故点焊的焊接质量直接关系到车身及汽车的质量；随着社会的发展，生活水平的提高，汽车向中高档方向发展，对焊装设备和焊接质量的要求都越来越高，而保证点焊的质量是提高汽车安
10、全性能的方法之一；尤其是中国加入世界贸易组织的过渡期将要结束，汽车行业的竞争会更加激烈，我国的汽车工业面临巨大的挑战，提高产品质量是增强竞争力的有效途径，这同样需要保证汽车中几千个点焊焊点的连接质量。随着新材料和新技术的不断出现以及应用领域的扩展，对点焊质量的要求也越来越高。根据实际工作的需要，克服点焊的缺陷和不足成为当前点焊技术发展中的一个重要任务。这些缺陷和不足的存在与否或多少直接关系到点焊的质量，而点焊质量直接关系到产品的质量。因为利用点焊技术的生产的产品大多数是科技含量高、价格昂贵或作用至关重要的产品或零部件，所以必须要保证点焊的质量12轿车车身铝合金点焊现状汽车车身即白车身，是整个汽
11、车零部件的载体，其制造质量的优劣对整车的质量起着决定性的作用引。在汽车工业中，电阻点焊主要应用在车身底板、侧围、车架、车项、车门以及车身总成等部分的焊接装配中。例如美国通用汽车公司车身底部、侧身、车项及龙门系统的焊接，日本三菱汽车公司车身底板、侧围及车身总成的焊接，德国福特汽车公司车身底板、侧围、车门及翼板的焊接等【12袁少波，童彦刚点焊技术在汽车工业中的应用J电焊机，2005，(02)】。铝合金点焊时，应根据铝合金材料牌号及焊件厚度选用点焊机。与电弧焊相比，电阻焊具有残余应力低、焊接变形小、焊接速度快、操作简便易掌握、产生的飞溅、烟尘及气体少等优点。但由于铝合金上述的焊接特点使得其焊接工艺规
12、范的选择较困难。因此，铝及铝合金材料的焊接具有其特殊性，由于存在着氧化膜、接触电阻以及电极损耗等随机性对焊点质量的影响因素，所以在铝合金的点焊过程中容易产生飞溅、虚焊、脱焊等缺陷，使焊接工艺及设备的控制精度高、难度大。在实际操作过程中，即使有经验的师傅严格按照工艺规程操作，点焊缺陷有时也难以避免。目前，电阻焊机大量使用交流50Hz的单相交流电源，其容量大、功率因数低。发展三相低频电阻焊机、三相次级整流焊机(已在普通型点焊机、缝焊机、凸焊机中应用)和IGBT逆变电阻焊机，可以解决电网不平衡和提高功率因数的问题。同时还可进一步节约电能，利于实现参数的微机控制，可更好地适用于焊接铝合金、不锈钢及其他
13、难焊金属的焊接。另外，还可进一步减轻设备质量。汽车车身焊装线上的电阻点焊设备主要有以下几类【孙丹丹，李文东车身是铝合金的点焊焊接过程J山东内燃机，2005，(01)】：a悬挂式点焊机。目前车身焊装生产线上的主要设备。一个车身焊装车间一般有200-300台悬挂式点焊机，用于车身的各个部位的装配点焊，特别焊接位置复杂多变的部件。b点焊机器人。为了适应现代汽车产品多样化生产的需要，提高车身焊装生产线的自动化程度，减轻操作者的劳动强度，提高工作效率，保证焊接质量，在现代化的车身焊接生产线上，采用点焊机器人代替笨重的悬挂式点焊机，以解放人的单调、重复、长时间的强体力劳动。比如法国雷诺汽车公司与日本日产汽
14、车公司都采用了全机器人的驾驶室焊装线。驾驶室的装配、涂胶、点焊全部由机器人完成。c多点焊机。其目的是为了提高生产效率，减小焊接变形。在车身焊装生产线上，车身底板的点焊装配多采用多点焊机，例如德国的奥迪BMW的车身底板自动化焊装线。点焊机器人和多点焊机在白车身生产线上所占的比例体现了该生产线的自动化程度。例如，上海大众“帕萨特车身焊装线上，共采用294台悬挂式点焊机，6l台点焊机器人；而德国大众“帕萨特车身焊装线上，在总共有3594个电阻焊焊点中，仅有40点是通过手工焊接的，其余都是通过机器人或多点焊机焊接的。d现代点焊机器人。通常由机器人本体操作机、点焊钳、控制器等几部分组成。现代点焊机器人采
15、用逆变一体式点焊钳，大大降低了机器人体积和质量，具有控制精度高、响应速度快、节能、焊接工艺性能好等显著优点。近年来出现了伺服式点焊钳(枪)，采用新型电极驭动机构作伺服马达进行位置反馈。当机器人运行时，机器人控制伺服钳作为其辅助轴之一，实现电极加压软接触和电极压力实时调节，在与焊接电流最佳配合后，消除飞溅，显著提高了点焊质量。这种MOTOMAN点焊机器人已在日本、美国和欧洲获得应用。而柔性化机器人或柔性化机器人焊接系统采用多种焊钳的自动快速更换技术，以适应焊装线的少批量多品种生产。为集中管理和控制焊接质量，设计了自动化的焊接质量和产量控制系统，如机器人二维激光视觉系统、数字摄像控制系统、射线质量
16、检测系统等。而借助于CAE，CAM获取焊件构造、焊接条件和机器人机构等信息的新型离线示教机器人取代原再现式点焊机器人系统，来选定焊钳、配置机器人进行离线示教，示教时间短，焊接质量更稳定。点焊机器人在国外汽车生产中的应用相当广泛，如美国通用汽车公司车身底部、侧部、车顶及车架龙门系统的焊接，同本三菱汽车公司底板、侧围及车身总成的焊接，德国福特汽车公司底板、侧围、车门及翼板的焊接，机器人焊点占焊点总数的80-90。近年来，国外许多汽车生产企业已将中频点焊机器人和伺服点焊机器人应用于轿车白车身装焊线。尤其在欧洲，中频点焊机器人使用量已占4096，并扩大到铝合金轿车车身的点焊作业【恒新，陈海英铝合金车身
17、的点焊工艺J电焊机，2006，(02)】。汽车制造的批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使机器人在汽车焊接生产中获得了大量应用。我国的汽车制造业也紧跟发展的步伐，据2001年的统计，全国共有各类焊接机器人1040台，而汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76，成为工业机器人的最主要用户。东风商用车车身厂第六焊装车间总装线采用了6台点焊机器人，3台自动焊机。一汽车身厂十万辆新品驾驶室主焊线采用了2l台点焊机器人，点焊自动化率达95。东风车身厂六万辆新品驾驶室总装线采用了10台点焊机器人，1台自动焊机，但是点焊自动化率仍不足60。而且在国内，点焊机器人上所配备的焊钳均为
18、气动焊钳，焊接时冲击力较大。还有由于工件的重复精度较差，电极处于凸缘边缘时，焊钳易滑出，严重时会损坏被焊工件。另外，电极磨损量的监控反馈精度较差，影响焊接质量。在国外，机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳，焊接时冲击小，并能实现精确控制，提高焊接质量、1.1电阻点焊的背景及意义电阻点焊作为焊接学科的一个分支，是各工业部门广泛应用的加工、装配方法。由于电阻点焊在焊接过程中能量集中、变形小、生产率较高，特别适用于焊接薄壁零件，因此在航空航天制造工程、汽车、电子等工业领域得到越来越广泛的应用。特别是随着点焊工艺在汽车制造业中的应用，点焊的质量问题越来越多地受到关注。在轿车车身制造过程中，焊接接头质量的好坏
19、，不仅直接决定了车身焊接装配过程的制造偏差，同时也决定了轿车使用的可靠性和安全性。一般来说，轿车车身大约需要40006000个点焊焊点【邹帆，罗震，单平，高战蛟电阻点焊熔核设计的数值模拟焊接技术，2006，35(6)：1417】，例如一辆帕萨特车身卜有电阻焊焊点5892个【彭振固在汽车制造中的焊接技术现状及发展趋势焊接技术，2006，8：5-9】。由此可见，点焊技术在保证汽车质量和生产效率巾起着棚当重要的作用。点焊质量的提高不仅可以带来经济效益，而且可以提高每企业的核心竞争力。如关国国内的汽车工业，仅三大汽车公司就有64条生产线，年产汽车1300万台，电阻点焊控制器的改善和提高将使车身结构加强
20、，并且提高美国汽车制造企业的竞争力。通常在汽车工业中，为了保证质量，每台车约有多于设计数量的30的焊点，掘推算：如果减少焊点数量10，每年可节约500万美元左右。1996年，美国国家标准和技术研究所宣布用136亿美元进行的电阻点焊这个先进技术项目(ATP)的研究。美国国家标准和技术研究所专家认为，改进美国现有的电阻焊设备和控制装置，预计在相关产业可以获得500亿美元的经济效益。这个项目得到了汽车行业人士的重视，许多研究机构和企业，如美国智能电阻焊协会、克来斯勒公司、福特汽车公司、通用汽车公司以及密西根大学、爱迪生焊接研究所、工业技术研究所等给予这个项目很大的支持。一方面，由于点焊过程相当复杂，
21、影响因素多、因素之间相互作用，加之焊接过程中熔核的不可见性及焊接过程瞬时性，给点焊质量检测与控制带来了很大困难【5曹海鹏，赵熹华，赵贺铝合会电阻点焊工艺设计智能化J焊接学报，2005，26(2)：2卜24】。另一方面，为了使不合格接头的比例保持在规定的合理范围内，工厂里通常要定期进行焊后破坏性实验。但是，破坏性实验成本极高，而且定期的抽样实验并不能保证每一辆车身焊接接头的合格率都保持在规定的范围内;同时，焊后实验具有严重的滞后性，由于轿车生产的大批量流水作业特点，待有焊接质量问题发现时，大量具有焊接质量问题的车身己经到了总装甚至到了客户手中。由此可见，电阻点焊过程及焊点质量的稳定性一直是电阻点
22、焊质量控制研究中的关键问题，历来被认为是电阻焊质量控制的研究重点，并引起了工业界和研究机构的高度重视【67尹孝辉，张忠典，赵洪运，等点焊监控技术的发展与现状焊接，2002(2)： 59】。因此，为了提高焊接质量，需要对熔核形成过程的有关电参数进行控制，以形成合格焊点，或者在线监测和控制与熔核形成有关的物理参量，以实时监测并控制焊接过程，实现在线判定和控制焊点质量，这对于保证焊点质量的稳定性，提高点焊合格率，达到降低成本和提高生产效率具有十分重要的实际意义。1.2汽车点焊质量控制技术的发展及现状点焊质量控制的内容十分广泛，它不但涉及到点焊设备的检测与控制系统，而且也包括点焊的接头设计、原材料的采
23、购、管理和焊前处理、焊接工艺规范和质量检验标准、设备的使用和维护、以及焊工技术培训和定期考核、焊接的工装设备等多种因素。在本研究中假设其它条件不变，点焊质量仅由于点焊过程的参数决定。随着点焊工艺在汽车制造业中的应用，对接头质量不断提出更高的要求，经过多年的生产应用证明:采用自动控制技术是确保点焊质量、提高效率、降低成木的十分有效的方法8国机械工程学会焊接学会屯阻焊(I)专业委员会编著，电阻焊原理与实践，机械工业出版社，1994。近年来，国内外焊接工作者在点焊质录监测与控制技术研究领域进行的长期不懈的努力，已经取得了一些可喜的成果，有些方法已应用于生产。在点焊过程中，由于电阻热的作用，使金属经过
24、了加热、熔化、凝固以及相变，并且与过程相关的物理量也发生了变化。如电流流过工件，.使母材熔化而引起电流、电压及动态电阻的变化，与此同时，被焊金属受热温度升高，随着温度上升而红外辐射加强;金属受热膨胀、焊接区出现液态金属时，电极的力、位移、速度、加速度等过程参量都发生了变化:金属相变和变形，会产生应力波;根据这些物理量的特性，获得熔核的信息。在点焊过程中必须满足以下几个基本条件，方可作为质量监控的信息:(1)必须与焊点质量有密切关系，呈现一定的函数关系并有期望的准确性;(2)信号易于检测;(3)必须可以再现，一般应为连续;(4)取出监控信息时，不干扰点焊工艺参数，不影响正常生产;5)监控手段易于
25、实现，且成木不得太高。由此可见，在点焊焊接中通过监测焊接过程中某一物理量，该物理量能够反映熔核的的形成情况，从而通过监测该物理量可以对焊接过程进行实时控制。因此，点焊质量控制的发展主要体现在点焊质量的监测和控制两个方面。点焊质量控制技术的内容主要包括两个方面:一是实时稳定焊接参数的控制(恒流、恒压、电极压力等);二是焊接过程中反映熔核形成状态的物理量的监测与控制。第二章电阻点焊焊概述2.1电阻点焊简介电阻点焊是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。点焊要求金属要有较好的塑性。如图1所示，为最简单的应用点焊的例子。图1 最简单点图2点焊过程焊焊接时，先把焊件表面清理干净，再把被焊的板料搭接装配
26、好，压在两柱状铜电极之间，施加P 力压紧，如图2所示。当通过足够大的电流时，在板的接触处产生大量的电阻热，将中心最热区域的金属很快加热至高塑性或熔化状态，形成一个透镜形的液态熔池。继续保持压力P，断开电流，金属冷却后，形成了一个焊点。 点焊由于焊点间有一定的间距，所以只用于没有密封性要求的薄板搭接结构和金属网、交叉钢筋结构件等的焊接。如果把柱状电极换成圆盘状电极，电极紧压焊件并转动，焊件在圆盘状电极只间连续送进，再配合脉冲式通电。就能形成一个连续并重叠的焊点，形成焊缝，这就是缝焊。它主要用于有密封要求或接头强度要求较高的薄板搭接结构件的焊接，如油箱、水箱等2.2点焊方法分类对焊件馈电进行电焊时
27、，应遵循下列原则:尽t缩短二次回路长度及减小回路所包含的空间面积.以节省能耗;尽t减少伸入二次回路的铁磁体体积，特别是避免在焊接不同焊点时伸入体积有较大的变化.以减小焊接电流的波动.保证各点质t衡定(在使用工频交流时)。常见点焊方法有以下几种:1.双面单点坏所有的通用焊机均采用这个方案。从焊件两侧馈电，适用于小型零件和大型琴件周边各焊点的焊接。2. 单面单当零件的一侧电极可达性很差或零件较大、二次回路过长时.可采用这个方案。从焊件单侧馈电，需考虑另一侧加铜垫以减小分流并作为反作用力支点。3.单面双点炸从一侧馈电时尽可能同时焊两点.以提高生产率。单面馈电往往存在无效分流现象，浪费电能，当点距过小
28、时将无法焊接。在某些场合，如设计允许，在上板二点之间冲一窄长缺口，可使分流电流大幅下降。4.双面双点坏此方案虽可在通用焊机上实施.但两点间电流难以均匀分配，较难保证两点质t一致。由于采用推挽式馈电方式，使分流和上下板不均匀加热现象大为改善.而且焊点可布里在任意位里。其唯一不足之处是须制作二个变压器.分别置于焊件两侧，这种方案亦称推挽式点焊。两变压器的通电需按极性进行。5.多点坏当零件上焊点数较多.大规模生产时，常采用多点焊方案以提高生产率，特别是单面多点焊在生产中得到广泛应用，其方式较灵活.二次回路不受焊件尺寸牵制.在要求较高的情况下，亦可采用推挽式点焊方案。目前一般采用一组变压器同时焊二或四
29、点r后者有二组二次回路)。一台多点焊机可由多个变压器组成。可采用同时加压同时通电、同时加压分组通电和分组加压分组通电三种方案。可根据生产率、电网容t来选择合适方案2.3电阻点焊的基本原理2.3.1电阻点焊的基本过程【汽车点焊过程的质量评估及控制 李锐华】焊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的电阻热进行焊接的方法称为电阻点焊。电阻点焊的焊接循环主要由由预压、焊接、维持和休止四个基本阶段组成必要时可增附加程序(图2-1) (1) 预压阶段电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。【这个阶段包括电极压力的上升和恒定两部分。为保证在通电时电极压力恒定.
30、预压时间必须保证.尤其当需连续点焊时.须充分考虑焊机运动机构动作所藉时间，不能无限缩短。预压的目的是建立稳定的电流通道.以保证焊接过程获得孟复性好的电流密度。对厚板或刚度大的冲压零件，有条件时可在此期间先加大预压力，而后再回复到焊接时的电极力，使接触电阻恒定而又不太小，以提高热效率。】(2)焊接时间焊接电流通过工件，产热形成熔核。【这个阶段是焊件加热熔化形成熔核的阶段。焊接电流可基本不变(指有效值】.亦可为渐升或阶跃上升。在此期间焊件焊接区的温度分布经历复杂的变化后趋向稳定。起初输入热盆大于散失热尹.温度上升，形成高温塑性状态的连接区，并使中心与大气隔绝.保证随后熔化的金属不氧化，而后在中心部
31、位首先出现熔化区。随粉加热的进行熔化区扩大，而其外围的塑性壳(在金相试片上呈环状故称塑性环)亦向外扩大.最后当输入热t与散失热，平衡时达到德定状态。当焊接参数适当时，可获得尺寸波动小于15%的熔化核心。在此期间可产生下列现象:(l)液态金属的搅拌作用。液态金属通电时受电磁力作用产生漩涡状流动.当把熔核视作地球状且电极端处为二极.其运动方向为赤道部分由周围向球心流动，而后流经两极再沿外表向赤道呈封闭状流动。对于同种金属点焊.搅拌仅需将焊件表、面的氧化膜搅碎即可，但异种金属点焊时.必须充分搅拌以获得均质的熔化核心。如通电时间太短，搅拌不充分.将产生游涡状的非均质熔核。(2)飞溅按产生时期可分为前期
32、和后期两种;按产生部位可分为内飞溅（处于两焊件间)和外飞溅（焊件与电极接触侧)两种。前期飞溅产生的原因大致是:焊件表面清理不佳或接触面上压强分布严重不匀，造成局部电流密度过高引起早期熔化，此时因无塑性环保护，必发生飞溅。防止前期飞溅的措施有:加强焊件清理质t，注意预压前的对中。有条件时可采用渐升电流或增加预热电流来减慢加热速度.避免早期熔化而引起飞溅。后期飞溅产生的原因是:熔化核心长度过大，超出电极压力有效作用范围，从而冲破塑性环在径向造成内飞溅，在轴向冲破板表面造成外飞溅。这种情况一般产生在电流较大、通电时间过长的场合。可用缩短通电时间及减小电流的方法来防止。飞溅在外表面首先影响外观，其次产
33、生的疤痕影晌耐腐蚀及疲劳性能。内部飞溅的残迹有可能在运行时脱落，如进入管路如油管).将造成堵塞等严重事故。(3)胡须在加热到半熔化温度的熔核边缘，当某些材料如高温合金)中低熔点夹杂物较多聚集在晶界处时，这部分杂质首先熔化并在电极压力的作用下被挤出呈空隙。在随后的过程中，空间有时能被液态金属充坡满，但亦可能未充坡满，这种组织形貌在金相试样上称为胡须，而未充坡满的胡须犹如裂纹，是一种危险缺陷。】(3)维持时间切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。【此阶段不再输入热t.熔核快速散热、冷却结晶。结晶过程遵循凝固理论。由于熔核体积小，且夹持在水冷电极间.冷却速度甚高，一般在几周内凝固结束。
34、由于液态金属处于封闭的塑性壳内.如无外力.冷却收缩时将产生三维拉应力.极易产生缩孔、裂纹等缺陷.故在冷却时必须保持足够的电极压力来压缩熔核体积，补偿收缩。对厚板、铝合金和高温合金等琴件，希望增加顶锻力来达到防止缩孔、裂纹。这时必须精确控制加顶锻力的时刻。过早将液态金属因压强突然升高使塑性环被冲破，产生飞溅;过晚则因凝固缺陷已形成而无效。此外加热后冷缓电流.降下已授固速度，亦有利于防止缩孔和裂纹的产生。】(4)休止时间电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。【此阶段只适用于焊接循环重复进行的场合.特别是在焊接淬硬钢时采用一般插在维持时间内.当焊接电流结束，熔核完全凝固且冷却到完成马氏
35、体转变之后再插入.其目的是改善金相组织】为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环:(1)加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。(2)用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅;凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。(3)加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。(4)用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，或在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。232焊接热的产出及影响因素点焊时产生的热量由下式决定： Q=12RtU)(21)式中：Q一产生的热量(J)；I一焊接电流(A)；R一极问电阻(
36、Q)；t一焊接时间(S)。1电阻R及影响R的因素电极间电阻包括工件本身电阻民，两工件间接触电阻R，电极与工件间接触电阻k。即： R=2R+R+28。(22)如图22所示。当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率。因此，电阻率是被焊材料的重要性能。电阻率高的金属其导电性差(如不锈钢)，电阻率低的金属其导电性好(如铝合会)。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易。点焊时，前者可用较小电流(几千安培)，而后者就必须用很大电流(几万安培)。电阻率不仅取决与金属种类，还与会属的热处理状态、加工方式及温度有关。接触电阻存在的时问是短暂的，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成：(
37、1)工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。(2)在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。电极与工件间的电阻与R和风相比，由于铜合会的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。2焊接电流的影响从公式(2-1)可见，电流对产热的影响是平方关系，比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻
38、抗变化是因为回路的几何形状变化，或因在次级回路中引入了不同量的磁性金属。3焊接时间的影响为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间(强条件，又称硬规范)，也可采用小电流和长时日J(弱条件，也称软规范)。选用硬规范还是软规范，取决于会属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时|日J，都有一个上下限，使用时以此为准。4电极压力的影响电极压力对两电极问总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，10但电流增加而使产热递增的幅度并不大，解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。但电极
39、压力过大，容易在焊接过程中将液态会属挤到熔核周围，反而使点焊质量降低。5电极形状及材料性能的影响由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。6工件表面状况的影响工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。囚此，彻底清理：L件表面足保证获得优质接头的必要条件。第三章点焊工艺参数选择点焊工艺的主要规范
40、参数是焊接电流、焊接时问、电极压力。通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取，首先确定电极的端面形状和尺寸。其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样，经检查熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。最常用的检验试样的方法是撕开法，优质焊点的标志是：在撕开试样的一片上有圆孔，另一片上有圆凸台。厚板或淬火材料有时不能撕出圆孔和凸台，但可通过剪切的断口判断熔核的直径。必要时，还需进行低倍测量、拉抻试验和X光检验，以判定熔透率、抗剪强度和有无缩孔、裂纹等。3.1主要
41、规范参数分析3.1.1.电极压力对点焊质量的影响(1)电极压力与点焊质量之间的关系： (2)电极最大位移与电极压力之间的关系： (3)电极位移与点焊质量之问的关系结果总结：从以上试验结果来看，在通电电流和时问不变的钱提下，电极最大位移与点焊质量具有良好的对应关系，二者随压力的变化趋势基本一致。随着焊接压力的增大，在一定范围内，点焊强度稍有增大，基本稳定在一定水平，波动很小；但随电极压力进一步增大时，焊接强度下降较快。【2.电极压力F电极压力的大小一方面影响电阻的数值.从而影响析热t的多少.另一方面影晌烽件向电极的散热情况。过小的电极压力将导致电阻增大、析热t过多且散热较差，引起前期飞溅;过大的
42、电极压力将导致电阻减小、析热t少、散热良好、熔核尺寸缩小.尤其是焊透率显著下降。因此从节能角度来考虑.应选择不产生飞溅的最小电极压力。此值与电流值有关，可参照文献中广为推荐的临界飞溅曲线图。目前均建议选用临界飞溅曲线附近无飞溅区内的工作点。】3.1.2.通电电流对点焊质量的影响(1)点焊质量与通电电流的关系(图47)： 随着通电电流的升高，焊接质量总体上有提高的趋势。根掘实验的记录情况，压力越大，越不容易出现飞溅，所以不同压力情况下的电流给定范围有所不同，我们是根掘出现飞溅时的电流值作为实验电流的上限。电极最大位移基本随通电电流的增大而增大，和点焊强度具有较好的一致性，个别情况有位移减小的趋势
43、，主要是因为出现较大飞溅引起的。在电极压力和通电电流不变的情况下，电极最大位移和焊接质量随通电时间的增加而增加，焊接质量基本上由通电时间来决定。【3.焊接时间通电时间的长短直接影响输入热的大小，在目前广为采用的同期控制点焊机上，通电时间是周(我国一周为ZOms)的整倍数。在其它参数固定的情况下，只有通电时间超过某最小值时才开始出现熔核，而后随通电时间的增长，熔核先快速增大，拉剪力亦提高。当选用的电流适中时.进一步增加通电时间，熔核增长变慢.渐趋恒定。但由于加热时间过长.组织变差，正拉力下降.会使塑性指标(延性比Fa爪)下降。当选用的电流较大时，则熔核长大到一定极限后会产生飞溅。】3.1.3通电
44、时间对点焊质量的影响点焊质量随通电时间的变化显然，在电极压力和通电电流不变的情况下，电极最大位移和焊接质量随通电时间的增加而增加，焊接质量基本上由通电时间来决定。【4.焊接电流助析出热t与电流的平方成正比，所以焊接电流对焊点性能影响最敏感。在其它参数不变时，当电流小于某值熔核不能形成.超过此值后，随电流增加.熔核快速增大，焊点强度上升，而后因散热t的增大而熔核增长速度减缓，禅点强度增加缓、慢，如进一步提高电流，则导致产生飞溅，焊点强度反而下降。所以一般建议选用对熔核直径变不敏感的适中电流来焊接。】从以上分析结果可以看出：(1)点焊强度(抗剪力F)与通电电流和时间相关性最大，且正相关；而电极压力
45、则影响最小，和点焊质量呈负相关关系。(2)电极最大位移(Smax)与电流和时间相关性最大，与电极压力相关性最小，这点和点焊强度一致。(3)点焊质量与电极最大位移相关性最大，且正相关，与通电时J日J、通电电流次之，且二者相近，电极压力影响最小。(4)从参数重要性指标同样可以看出，通电时间和电流对点焊质量影响较大，而电极压力影响最小，并且电极最大位移与点焊质量有着良好的对应关系，这点和实验结果一致。点焊质量对焊接电流、通电时问的最敏感，而电极压力次之。在焊接电流大于某一阈值后，点焊质量主要由焊接时间决定；电极位移与焊点强度的确有着良好的对应关系，分析结果和试验结果一致。3.2焊接规范参数的确定原则
46、l)保证焊核直径;2)不出现飞溅，同时避免压坑过深及凸肩等缺陷;3)尽量采用硬规范以提高生产节拍，提高接头综合性能。以试样选择工艺参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响，以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。当采用工频交流电源时，点焊参数的选择应首先确定电极3.3 调整方法:1)根据工件厚度，选定焊机容量，确定焊点直径范围;2)选定焊钳型号和电极尺寸，焊钳的最大电极压力一般要求达到300oN(按管路气压为0.6MPa考虑);3)初步设定焊接时间，根据料厚及层数组合状况，一般可调为8至14周波;4)将焊接电流逐渐增大，直到焊点直径达到要求。若焊点直径没有达到要求即产生飞溅，则适当减
47、小焊接电流而增加通电时间，直至达到规定的直径。以上参数调整过程中，同时注意保证压坑深度，一般压坑深度小于板厚的15%20%，若压坑过深，则适当减小气压并视情况调整电流和焊接时间。合工艺试验和车间生产的具体实际情况，我们归纳出低碳钢板的最佳规范如上表: 第四章点焊质量保证与缺陷分析【毕惠琴.焊接方法及设备.(第二分册)电阻焊.机械工业出版社，1987.】【孙金贞.全国第三届汽车焊接年会论文集1996】【现代制造工程2003(1) 薄板构件点焊工艺优化许小平】生产中要获得较好的焊点质量,除有最佳的焊接电流、焊接压力、焊接时间等焊接工艺参数外还须了解其它与焊接有关的参数对焊接质量的影响规律,并进行合
48、理的优化与搭配,才能得到良好的焊接质量。4.1点焊质量保证4.1.1焊点工艺设计的优化焊点工艺设计在相当程度上决定采用的工装和设备、焊点质量和成本。1.工艺设计时要充分考虑焊接设备的能力和本地区供电电网的品质,选择功率裕量足够的焊机和控制精度合适的焊接控制器,确保焊点质量及其稳定性。2.焊点设计时尽量考虑使用双面点焊,特别是使用推挽双点技术。实践证明,双面点焊比单面点焊焊接质量更可靠,易于保证。3.尽量避免设计多层板(超过三层以上),特别是多层厚板的装配结构进行点焊。4.焊点设计要充分考虑焊点的间距及边距,选择合适的焊接顺序,以减小焊接分流及焊接变形。5.设计焊接回路时应尽量减小二次回路阻抗。6.制定和采用合适的点焊质检工艺,使用简便、可靠、经济的质检方法和工具,制定合适的质检频次。
