微型电阻焊接工艺研讨

摘 要：电阻焊接工艺对焊接质量的影响非常重要，对电阻焊接工艺的研究必然成为保证焊接质量的必要条件。本文从电阻焊接系统的组成、工艺原理、接触电阻、焊接热平衡、焊接压力、焊接时间、电极材料与结构、焊接工艺循环等方面论述焊接工艺与焊接质量的关系。

关键词：焊接热；焊接电流；接触电阻；电流密度；焊接压力；热平衡

1 电阻焊接系统的组成

电阻焊接系统的组成主要有：焊接变压器、焊接电源、焊接机头、电极、冷却系统、次级电缆及监控系统。

各部件的作用：

焊接变压器：将电源生成的电流变换成焊接所需要的大电流；焊接电源：用于控制电流，并形成电阻焊焊接的各种波形；焊接机头：用于对工件施加焊接压力，并通过电极将电流传递至被焊件；电极：用于直接向被焊件施加压力并导通电流；冷却系统：用于对电极进行冷却以免电极过热，延长电极使用寿命；监控系统：包括监控仪和检出线圈等，用于测定电流、电压、加压力等，以利于焊接品质的管理

2 焊接基本原理

焊接过程遵循以下方程：

Q=I2Rt （1）

Q为焊接中产生的热量、R（Ω）为焊接部位的电阻、I（A） 为焊接电流、t（sec）为通电时间。

3 焊接热的产生及影响因素

电阻R及其影响因素电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew。即

R=2Rw+Rc+2Rew （2）

当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率。电阻率不仅取决于金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。

接触电阻由两方面原因形成：

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Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金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。

3.1 焊接电流的影响

从公式（1）可见，电流对产热为平方比关系，因此影响比电阻和时间两者都大，焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。

3.2 焊接时间的影响

时间与发热量程正比关系，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间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。

3.3 电极压力的影响

电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。随着焊接压力增大，接触电阻减少，电极与工件表面发热量降低，焊接表面越好。反之表面容易变差，同时过小的焊接压力容易出现飞溅现象。

3.4 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。

3.5 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。因此彻底清理工件表面是保证获得优质焊接效果的必要条件。

4 热平衡及散热

焊接过程产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失掉了，其热平衡方程式：

Q=Q1+Q2 （3）

其中：Q1为形成熔核的热量、Q2为损失的热量，损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量和通过工件传导的热量以及辐射到大气中的热量。

5 焊接循环

电阻焊接循环的四个基本阶段：

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。

2焊接阶段：焊接电流通过工件，产生热量形成熔核。

3维持阶段：切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到有足够强度。

4休止阶段：电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。

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。

6 焊接工艺参数确定

阻焊时影响焊接效果的因素有：电流I、通电时间t、接触电阻R、电流密度（电极先端）和电极材料。以上要素被称为电阻焊的五大要素。

6.1 焊接电流的选定

A规范一短时间大电流（最佳规范）

B规范一中时间中电流（中等规范）

C规范一长时间小电流（普通规范）

最初设定较低的焊接电流，逐渐增大焊接电流，直到发生飞溅。比发生飞溅时的电流值稍低的电流值就是适当的电流。电流值与焊接机加压系统追随性相关。焊接机的追随性愈好，愈容易施加较小的加压力和大的导通电流，即获得最佳的焊接效果。

6.2 焊接时间的选定

焊接部位产生的热量随着通电时间延长而增大；但是，电极及焊接部位的散热量也随着通电时间延长而增大，因此焊接部位的温度在一定时间以后趋于饱和。而温度饱和以后即使延长通电时间，焊核也不会再增大，而且表面压痕和热变形也会增大，对材料产生不良的冶金效果。

6.3 加压力的选定

最小加压力的选择以不产生飞溅为原则进行选取，但是欲增加焊接强度，不仅要增大电流，同时还要增大加压力。此时，将电流、加压力由低慢慢上调，直至得到满意的焊接质量

6.4 电流密度

电流密度是指单位横截面中的电流值。因此电流密度与有效面积程反比关系，电极表面粗糙，变形都会导致有效面积发生改变而影响热量的分布及焊核的位置，最终影响焊接质量。因此一直保持电流密度稳定，就能防止焊接不良。这样，进行一定次数的焊接后更换或修磨电极就变得非常重要。

6.5 电极材料的选用

工件材料 选用电极材料

软钢 铬铜合金（Cr-Cu）

铜 钨、钼（W、Mo）或钨铜合金、钼铜合金

黄铜 铬铜合金（Cr-Cu）

不锈钢 铬铜合金（Cr-Cu）

银 钨铜合金（W一Cu）

铝 钨、钼（W、Mo）

镍 超质铝铜、铬铜合金

7 总结

熟悉工艺过程的关键因素对焊接焊接质量影响关系，可以很大程度的帮助我们分析焊接质量缺陷，从工艺，设备，材料等方面提出改进建议。希望通过分享微阻焊接方面的技术经验，为同行从业者解决焊接工艺问题提供一定的技术指导，不足之处希望有心之士共同探讨交流。

参考文献

[1]焊接手册第一卷，焊接方法及设备 ISBN 7-111-03073-7/TG.674 机械工业出版社

[2]焊接设备选用手册 ISBN 7-111-18330-4/TG.-1599 机械工业出版社

作者简介

雷晓辉（1972-），男，大学毕业，主要研究方向为机械设计及制造工艺。