原理:
电阻焊,是指利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源将焊件局部加热,同时加压进行焊接的方法。焊接时,不需要填充金属,生产率高,焊件变形小,容易实现自动化。
电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种,即点焊、缝焊、凸焊、对焊。
特点:
优点:
1)熔核形成时,始终被塑性环包围,熔化金属与空气隔绝,冶金过程简单。
2)加热时间短,热量集中,故热影响区小,变形与应力也小,通常在焊后不必安排校正和热处理工序。
3)不需要焊丝、焊条等填充金属,以及氧、乙炔、氢等焊接材料,焊接成本低。
4)操作简单,易于实现机械化和自动化,改善了劳动条件。
5)生产率高,且无噪声及有害气体,在大批量生产中,可以和其他制造工序一起编到组装线上。但闪光对焊因有火花喷溅,需要隔离。
缺点:
1)目前还缺乏可靠的无损检测方法,焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查,以及靠各种监控技术来保证。
2)点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量,且因在两板焊接熔核周围形成夹角,致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。
3)设备功率大,机械化、自动化程度较高,使设备成本较高、维修较困难,并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。
分类:
(1)点焊:
点焊是指焊接时利用柱状电极,在两块搭接工件接触面之间形成焊点的焊接方法。点焊时,先加压使工件紧密接触,随后接通电流,在电阻热的作用下工件接触处熔化,冷却后形成焊点。点焊主要用于厚度4mm 以下的薄板构件冲压件焊接,特别适合汽车车身和车厢、飞机机身的焊接。但不能焊接有密封要求的容器。
点焊可分为单点焊及多点焊。多点焊是用两对或两对以上电极,同时或按自控程序焊接两个或两个以上焊点的点焊。点焊是一种高效、经济且重要的连接方法,主要应用在以下几个方面:①薄板冲压件搭接,如汽车驾驶室、车厢、收割机鱼鳞筛片等。②薄板与型钢构槊和蒙皮结构,如车厢侧墙和顶棚、拖车厢板、联合收割机漏斗等。③筛网和空间构架及交叉钢筋等。
点焊
(2)缝焊:
缝焊是指工件在两个旋转的盘状电极(滚盘)间通过,形成一条焊点前后搭接的连续焊缝。它以圆盘形电极代替点焊的圆柱形电极,与工件做相对运动。主要用于油桶、罐头、汽车油箱等的焊接。焊件装配成搭接或斜对接头并置于两滚轮电极之间,滚轮加压焊件并转动,连续或断续送电,形成一条连续焊缝的电阻焊方法,称为缝焊。 缝焊是用一对滚盘电极代替点焊的圆柱形电极,与工件作相对运动,从而产生一个个熔核相互搭叠的密封焊缝的焊接方法。 缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱,以及喷气发动机、火箭、导弹中密封容器的薄板焊接。
按滚盘转动与馈电方式分,缝焊可分为连续缝焊、断续缝焊和步进缝焊。
按接头型式分,缝焊可分为搭接缝焊、压平缝焊、垫箔对接缝焊、铜线电极缝焊等。
缝焊
(3)凸焊:
凸焊是一种能够同时进行多点焊接的高效率焊接法,可用于代替电弧焊、钎焊与咬接。这种方法的加工速度快,且除电力外无其他消耗,是个很大的特点。凸焊与点焊相比,其不同点是预先在板件上加工出凸点,或利用焊件上能使电流集中的型面、倒角等作为焊接时的相互接触部位。焊接时靠凸点接触,提高了单位面积上的压力与电流密度,有利于将板件表面氧化膜压破,使热量集中,减小分流,减小了点焊中心距,一次可进行多点凸焊,提高了生产率,并减小了接头的翘曲变形。在车身上,一般是将凸焊螺母(有凸点的螺母)焊在薄板上,这样在装配时只需要拧紧螺栓即可,提高了装配工效。
凸焊
(4)对焊:
对焊是指将焊件分别置于两夹紧装置之间,使其端面对准,在接触处通电加热进行焊接的方法。对焊要求焊件接触处的截面尺寸、形状相同或相近,以保证焊件接触面加热均匀。对焊主要用于制造封闭形零件(如自行车车圈、钢窗等);轧材接长(如钢镇、钢管、钢筋等);异类材料焊接(如为节省贵重材料、提高刀具工作部位的寿命所进行的异类材料对焊)。对焊的生产率高、易于实现自动化,因而获得广泛应用。
对焊按加压和通电方式可分为:电阻对焊、闪光对焊。
电阻对焊:电阻对焊是将两工件夹在导电夹具内,使其端对端接触,加上电压使电流通过工件,利用电阻热将焊接区加热至塑性状态,然后迅速施加顶锻压力(或不加顶锻压力只保持焊接压力)完成焊接的方法。
闪光对焊:闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。连续闪光对焊由两个主要阶段组成:闪光阶段和顶锻阶段。预热闪光对焊只是在闪光阶段前增加了预热阶段。
闪光阶段闪光的主要作用是加热工件。在此阶段中,先接通电源,并使两工件端面轻微接触,形成许多接触点。电流通过时接触点熔化,成为连接两端面的液体金属过梁。由于液体过梁中的电流密度极高,使过梁中的液体金属蒸发、过梁爆破。随着动夹钳的缓慢推进,过梁也不断产生并爆破。在蒸气压力和电磁力的作用下,液态金属微粒不断从接口间喷射出来,形成火花急流一一闪光。
顶锻阶段在闪光阶段结束时,立即通过动夹钳对工件施加较大的顶锻压力,接口间隙迅速减小,过梁停止爆破,即进人顶锻阶段。顶锻的作用是封闭工作端面的间隙和液体金属过梁爆破后留下的火口,同时挤出端面的液态金属及氧化夹杂物,使洁净的塑性金属紧密接触,并使接头区产生一定的塑性变形,以促进再结晶的进行,形成共同晶粒,获得牢固的接头。闪光对焊时,在加热过程中虽有熔化金属,但实质上是塑性状态焊接。
典型工件对焊:小截面工件的对焊、杆件对焊、管子对焊、薄板对焊、环形件对焊、刀具对焊。
电阻焊设备:
按工艺方法,电阻焊设备分为点焊机、缝焊机、凸焊机和对焊机四类。每一大类又可按电源类型、用途、安装或电极运动方式等进一步细分。控制设备可包含在相应的焊机中,也可单独分类。
电阻焊设备主要由:
(1)、焊接主电路(以阻焊变压器为主,包括电机及二次回路等)。
(2)、机械装置(包括机架、加压及夹紧结构、送进机构(对焊机)、传动机构(缝焊机)等)。
(3)、控制装置(能按要求同步控制焊接通电及加压,并可控制焊接程序中各段时间及调节焊接电流,且有些还兼有焊接质量监控功能。)
电阻焊主电源:
根据电阻焊的基本原理及工艺要求,电阻焊设备的主电源一般具有以下特点:1)输出大电流、低电压。2)电源功率大,且可调节。3)一般无空载运行,负载持续率低。4)可采取多种供电方式。
目前,电阻焊设备的主电源主要采用单相工频交流、二次整流、三相低频、电容储能和逆变等方式供电,具体选择哪一种供电方法,视被焊材料的性质、被焊工件的焊接工艺要求,以及设备投资的费用和用户的电网情况等因素而定。
①单相工频焊机:电阻焊设备中,数量最多、使用最广的是单相工频焊机。单相工频交流电源既可用于点焊机、凸焊机及缝焊机,也可用于对焊机。单相工频交流点、缝焊机功 率一般不超过300 ~ 400kVA,凸、对焊机功率不超过1000kVA。如果工件需用更大的功率焊接,则需选用其他形式电源。单相工频交流焊机一般用于焊接电阻率较大的材料,如碳钢、不锈钢、耐热钢等,但不能要求焊机有很大的焊接回路,且焊接回路内应尽量避免伸入磁性物质。
②二次整流焊机:二次整流焊机的主电路通常有单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流三种形式。二次整流电阻焊机的通用性很强,可用于点焊、凸焊、缝焊和对焊等各种电阻焊方法上,并可用于焊接各类金属材料。它能获得比工频交流焊机更好的焊接效果,而且能够满足一些特殊的焊接工艺要求。主要应用于:
1)由于焊接电流不过零,焊接区温度上升快,对工频交流焊机难于焊接的导电、导热性好的有色金属焊接特别有利,焊接耐热钢板,不易产生裂纹。
2)适用于大型构件、厚板的点焊,也可用于较薄板材的高速连续缝焊,以及大型截面工件的对焊。
3)可用于工件结构要求焊机臂伸长较长,或有铁磁性物质伸入二次回路的情况,以及用于要求二次回路面积较大的悬挂式点焊钳上,在不需要增加焊机功率的情况下保证焊接质量。
③三相低频焊机:三相低频焊机是一一种由特殊的、具有三相一次线圈和单相二次线圈的阻焊变压器构成的焊机。三相低频电阻焊机可用于焊接碳钢、不锈钢、有色金属、耐热合金等多种材料,并且通常用于焊接质量要求较高的航空、航天结构件,也可用于大厚度钢件的点焊及缝焊,以及大截面尺寸零件的闪光对焊。
④电容储能焊机:电容储能焊是利用从电网缓慢地储积于电容器中的能量,在很短的时间内,通过阻焊变压器向被焊工 件放电进行焊接。储能焊机由一组电容器、一个将这些电容器充电到预定电压的电路,及一个阻焊变压器组成(有的储能焊机可能由电容器直接向工件放电,而不采用阻焊变压器)。焊机可由单相或三相供电。
⑤逆变式焊机(变频焊机):逆变式电阻焊机是继逆变式电弧焊机之后,于20世纪80年代中期发展起来的-项新品种。其基本原理是:从电网输人的三相交流电,经桥式整流和滤波后得到较平稳的直流电,经逆变器逆变产生中频交流电(f= 600~1000Hz),再向阻焊变压器馈电,阻焊变压器二次输出的低电压交流电经单相全波整流后,提供一个稳定、可以精确调控的直流焊接电流。
逆变式电阻焊机的优良性能,使可焊材料品种增多,能用于可焊性较差、比较复杂的材料,如镀锌钢板、铝合金等的焊接。在汽车工业中,采用机器人点焊操作时,逆变式焊机优点尤为显著,可使机器人的负荷减轻,操作灵活,结构更为紧凑,便于采用连变压器式焊钳。逆变式焊机制造成本近年来有显著降低,现约为工频焊机的2倍左右,但从生产率、用电量、二次电缆及电极的消耗等综合运行费用来考虑,是很有发展前途的一种新设备。
电焊机和凸焊机:
圆弧运动式点焊机:最简单的点焊机是圆弧运动式点焊机,俗称摇臂式点焊机。这种点焊机是利用杠杆原理,通过上电极臂施加电极压力。上、下电极臂为伸长的圆柱形构件,既传递电极压力,也传递焊接电流。
圆弧运动式点焊机的主要优点是:①结构简单,生产及维修成本较低;②适用于多用途的电极变化,即电极臂间距、臂伸长度及下电极臂的方位,均可按工件形状及焊点位置做灵活调整;③合理的杠杆加压和配力结构运做灵活。
其缺点是焊接电流和电极压力会随臂伸长度的变化而变化,同时由于上电极的运动轨迹是圆弧形,不适宜凸焊。
圆弧运动式焊机是钣金、箱体、交叉金属丝焊接的最经济选择。
摇臂式点焊机
垂直运动式点/凸焊机:垂直运动式焊机,亦称直压式焊机,适用于要求较高的点焊及凸焊。这类焊机的上电极在有导向构件的控制下作直线运动。电极压力由气缸或液压缸直接作用。
垂直式点/凸焊机的特点是:①采用直压式加压机构,焊接速度快;②可分别通过调压阀和节流阀无级调节电极压力和加压速度;③直压式加压,焊接压力稳定,有利于保证焊点的表面及内在质量。
直压式点焊机
凸焊机
移动式焊机分为两类:悬挂式焊机和便携式焊机。移动式焊机的控制箱可与阻焊变压器安装在一起并悬挂在一定的空间位置,也可单独放置在地面,以便于调节。
移动式焊机的重量较轻、移动灵活、操作方便,可实现全位置、全方位焊接。悬挂式点焊机是汽车白车身焊装线上用得最广泛的焊接设备。在全自动生产线上,通常是将移动式焊机的焊钳安装在机械手上,通过计算机控制,使机械手按指令进行点焊操作。还可将多台机械手安装在生产线上,同时对工件不同部位施焊,从而显著提高生产率。
悬挂式点焊机
便携式点焊机
多点焊机:多点焊机是大批量生产中的专用设备。例如,汽车生产线上针对具体冲压、焊接件而专门设计制造的多点焊机。
多点焊机一般采用多个阻焊变压器及多把焊枪(或多组电极),根据工件形状分布。电极压力通过安装在焊枪上的气缸或液压缸直接作用在电极上。为了达到较小的焊点间距,焊枪外形和尺寸受到限制,有时需要采用液压缸才能满足要求。
龙门多点焊机
缝焊机:
缝焊机除电极及其驱动机构外,其他部分与点焊机基本相似。缝焊机的电极驱动机构一般由电动机通过调速器和万向轴带动电极转动。根据焊机结构不同,通常有3种普通类型的缝焊机:横向缝焊机、纵向缝焊机、通用缝焊机。
横向缝焊机:在焊接操作时形成的缝焊接头与焊机的电极臂相垂直的称横向缝焊机。这种焊机用于焊接水平工件的长焊缝以及圆周环形焊缝。例如,用于汽车、摩托车油箱外环缝焊等。
横向缝焊机
纵向缝焊机:在焊接操作时形成的缝焊接头与焊机的电极臂相平行的称纵向缝焊机。这种焊机用于焊接水平工件的短焊缝,以及圆筒形容器的纵向直缝。
纵向缝焊机
通用焊机:通用缝焊机是一种纵横两用缝焊机,上电极可作 90°旋转,而下电极臂和下电极有两套,一套用于横向,另一套用于纵向,可根据需要进行互换。
闪光对焊机和电阻对焊机:
闪光对焊机:1台标准的闪光对焊机包括:机架、闪光和顶锻机构、夹具和夹紧机构、阻焊变压器和级数调节组,以及配套的电气控制箱。
对焊机的阻焊变压器实质上和其他类型电阻焊机的阻焊变压器相同。阻焊变压器的一次线圈与级数调节组,通过电磁接触器或由晶闸管组成的主电力开关与电网接通。当采用晶闸管开关时,还可配合热量控制器,以便为预热或焊后热处理提供较小的电功率。
闪光对焊机
电阻对焊机:电阻对焊机除了没有闪光过程外,其原理与闪光对焊机十分相似。典型的电阻对焊机包括一个容纳阻焊变压器及级数调节组的主机架、夹持工件并传递焊振接电流的电极钳口和顶锻机构。
最简单的电阻对焊机是手工操作的。自动电阻对焊机可以采用弹簧或气缸提供压力。这样得到的压力稳定,适合焊接塑性范围很窄的有色金属。
对焊机
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