点焊是指将焊件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点的电阻焊方法,见图6-21。


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一、焊点形成过程


  焊点形成过程是由预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成。


 1. 预压阶段


  焊件在点焊机电极间顶先挤压,其作用是在焊件的焊接处形成紧密的接触点,为此,电极压力在焊接电流接通前即应达到满值。如果在通电加热时的电极压力不够大,则接触电阻很大,接触点处的金属很快熔化,以火花形式飞溅出来,产生所谓初期飞溅。这时工件可能被烧穿,电极可能被烧坏。


2. 通电加热阶段


  被挤压在电极之间的焊件,靠电流通过接触电阻及工件本身电阻所产生的热量加热。这时,在热和机械(力)作用下形成塑性环、熔核,并随着通电加热的进行而长大,直到获得需要的熔核尺寸。在焊点核心内的熔化金属被塑性环包围,如果这个环不够紧,部分液态金属就会溢出,形成金属飞溅。


3. 冷却结晶阶段


  该阶段又称锻压阶段。当熔核达到合格的形状与尺寸后,切断焊接电流,液态熔核在电极压力作用下冷却结晶。熔核结晶是在封闭的金属模内进行的,结晶时不能自由收缩,用电极挤压就可使正在结晶的金属变得致密,使之不易产生缩孔或裂缝。因此,电极压力在焊接电流断开、熔核金属全部结晶后才能解除。


由于材质和焊接规范特征的不同,熔核的凝固组织可有三种:柱状组织、等轴组织、柱状+等轴组织。纯金属(如镍、钼等)和结晶温度区间窄的合金(碳钢、合金钢、钛合金等),其熔核组织为柱状组织;铝合金等其熔核为“柱状十等轴”组织,熔核完全是等轴组织的情况极少。



二、点焊工艺


1. 点焊种类及选用


 点焊的种类有:工频、交流点焊,用于各种钢材、铝及其合金一般件焊接;电容储能点焊,用于异种金属、铝及其合金不等厚度及精密件和重要件的焊接;直流冲击波点焊,用于铝及其合金焊接;低频交流点焊,用于大型磁性件焊接。


2. 点焊接头类型


  点焊的接头类型要充分考虑到点焊机电极能接近焊件,做到施焊方便,加热可靠。如图6-22(a)~(d)所示的是合理的接头;(e)、(g)所示的接头难以用一般电极施焊;(f)所示的接头必须将电极伸人工件内部,施焊困难;(h)所示的接头的分流现象严重,会影响焊接质量。


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3. 焊件表面清理


  焊件表面状态对焊点大小、强度和表面质量以及电极寿命有直接影响。电极与焊件、焊件与焊件的接触面均需清理。各种钢材可用酸洗、喷砂或机械法清理。铝合金等有色金属经酸洗或机械清理后,焊件的接触面应有一定的接触电阻。不锈钢还可用电抛光清理待焊表面。


4. 点焊规范参数的选择


  点焊规范参数主要有:焊接电流、通电时间、电极压力和电极头尺寸。一般焊各种钢用平头电极,焊铝或钛合金用球面电极。当电极材料、端面形状及尺寸选定以后,焊接规范的选择主要是考虑焊接电流、通电时间和电极压力这三个参数,它们是形成点焊接头的三大要素,其相互配合可有两种方式。


  ①. 焊接电流和通电时间的配合


   这种配合以反映焊接区加热道度快慢为主要特征。当采用大焊接电流、短通电时间参数时称为项规范;而采用小焊接电流、长通电时间参数时称为软规范。


   硬规范的特点:生产率高,电极磨损少,焊件表面压坑浅,热影响区小,焊接变形小。但是由于焊接电流大,对通电时间必须精确控制。如果通电时间稍发生变化,就有可能引起加热不足或过烧,严重影响焊点强度。当焊机功率不足和焊接淬硬倾向较大的材料(如低合金高强度钢)时,均不宜用硬规范。


  软规范的特点:加热平稳,焊接质量对规范参数波动的敏感性低,焊点强度稳定;温度场分布平缓、塑性区宽,在压力作用下易变形,可减少熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向;对有淬硬倾向的材料,软规范可减少接头冷裂纹倾向;所用设备容量小,控制精度不高,因而较便宜。但是,软规范易造成焊点压痕深、接头变形大,表面质量差;电极磨损快、生产效率低。


  一般硬规范适用于铝合金、奥氏体不锈钢、低碳钢及不等厚度板材的焊接,而软规范适用于低合金钢、可淬硬钢+耐热合金及钛合金等。


 ②. 焊接电流和电极压力(Fo)的配合


  这种配合以焊接过程中不产生喷溅为主要特征。根据这一原则制定的焊接电流(I)、电极压力(Fw)关系曲线称为喷溅临界曲线(见图6-23).曲线左半区为无喷溅区,这里Fw大而I小,但焊接压力选择过大会造成固相焊接(塑性环)范围过宽,导致焊接质量不稳定。曲线右半区为喷溅区,因为电极压力不足,加热过快而引起喷溅。当规范选在喷溅临界曲线附近(无喷溅区内)时,可获得最大熔核和最高拉伸载荷。同时,由于降低了焊机机械功率,也提高了经济效果。


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 焊接规范的最后确定主要是用实验法,即先借用经验数据→试焊→检验→确定。


③. 应用范围


  点焊广泛应用在电子、仪表、家用电器的组合件连接上,同时也大量应用于建筑工程、交通运输及航空航天工业中的冲压件、金属构件和钢筋网的焊接。目前,从以微米计的微型电子电路到厚达(3.0+0.0)mm的巨型房框架都可采用点焊连接。