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电阻焊接（凸焊工艺部分） 电阻浮凸焊 第一节 概述 一、 接头的形成及应用范围 凸焊是点焊的一种特殊形式，它是利用零件原有型面倒角、底面或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。因为是凸点接触，提高了单位面积上的电极压力与焊接电流，有利于板件表面氧化腊破裂与热量集中，减小了分流电流，可用于厚度比达到16的零件焊接。另外，可采用多点凸焊，以提高生产率和降低接头变形。在使用平板电极凸焊时，零件表面平整无压坑，电极寿命长。凸焊既可在通用点焊机上进行，也可在专用凸焊机上进行，广泛应用于成批生产的盖、筛网、管壳以及T形、十字形、平板等零件的焊接。 凸焊接头的形式过程与点焊相近，可划分为预压、凸点压溃与成核三个阶段。预压时，凸点在电极压力作用下开始变形，其高度h降低，与下板相接触的面积增大。当电极压力达到预定值时，凸点有一定程度的压溃，下板面也形成不深的压坑。通电（预热电流或焊接电流）后，电流集中流过凸点接触面，加热集中，在极短时间内凸点所余高度全部被压溃，压溃量为S2，两板基本贴合，即为第二阶段。自凸点被压溃、两板贴合开始，形式较大的加热区，自个别接触点的熔化逐步扩大成足够尺寸的熔核和塑性区，完成凸焊的第三阶段。成核过程中因焊接处金属体积膨胀，电极会再次向上位移S3，但由于焊机加压系统的摩擦力与焊头自重的作用，使焊接区不能自由膨胀，因而电极实际上的位移量小于S3，转为电极压力增高量h＇。 通常平板与平板间的凸焊及线材交叉焊，都可得到熔化核心，即熔化焊接。然而，T形接头焊接时常呈固相焊接。 一个焊件上通常预制多个凸点，在焊接时这些凸点同时焊接起来。为了保证各个凸点的焊透相同，必须使焊接电流和电极压力均匀分配在各个凸点上。为此，焊件表面必须仔细清理，焊件本身及其凸点的冲压必须十分精确。如凸点表面被污染或各个凸点高度不一致，则焊接开始时各个凸点的接触电阻相差很大，导致流经各个凸点的焊接电流不相等，造成焊点质量的差异。有时采用预热法（单脉冲预热或多脉冲预热），使凸点在预热阶段逐渐产生塑性变形，导致焊接阶段分配给各个凸点的电流和电极压力趋向均匀。大尺寸焊件凸焊时，分配给各个凸点的焊接电流还取决于这些凸点相对于焊接变压器的位置。离变压器较近的分路具有较小的阴抗，流过核凸点的焊接电流较大，在这种情况下，为使焊接电流均匀分配给各凸点，可采用三足鼎立的3只变压器或环形变压器，或者采用二次整流电源。 二、 凸焊的焊前准备 凸焊的焊前准备除了表面清理等工序外，主要是凸点或凸环的选择和制备。凸点形状。以半球形及圆锥形凸点应用最为广泛。后一种可以提高凸点的刚度，预防凸点过早压溃，还可以减小因焊接电流线于密集而生的喷溅。为防止压塌的凸点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电流密度的降低，也可以采用带溢出环形槽的凸点。凸点也称凸台，凸点按凸焊结构的差异有球形（或圆锥形）、条形、球形和交叉丝等，凸焊结构实例如图1-6所示。常用凸点尺寸见表1-1。 表1-1凸焊的凸点尺寸（mm） 凸点所在板厚 平板厚度 凸点尺寸 直 径Ф 高 度 0.5 0.5 2.0 1.8 2.3 0.5 0.6 1.0 1.0 3.2 1.8 2.8 0.5 0.8 2.0 1.0 4.0 2.8 4.0 0.7 1.0 3.0 1.0 5.0 3.5 4.5 0.9 1.1 第二节金属材料的凸焊工艺 一、低碳钢的凸焊 1．板料的凸焊最适合于凸焊的金属材料是低碳钢。板料凸焊前，通常在其中一块板料上冲出凸点。它适合于大批量生产的场合。厚度小于0.25的薄钢板采用凸焊反而比点焊困难，因为在钢板上加工出达到焊接温度前不压溃的凸点是很困难的。故凸焊通常用于板厚大于0.5mm的冲压件。 表1-2推荐的是低碳钢薄板的凸焊参数，凸点形状为半球状或圆锥状。表1-2中A类 表1-2低碳钢薄板凸焊的焊接参数 板厚 点距 焊核直径 A 参数 B参数 C参数 mm 时间/周 电极压力/N 焊接电流/A 时间/周 电极压力/N 焊接电流/A 时间/周 电极压力/N 焊接电流/A 0.6 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.5 3.0 7 9 10 10 12 15 18 18 23 27 2.5 3 4 4 5 6 7 7 8 9 3 3 5 8 8 10 13 14 16 18 800 1100 1300 1500 1800 2500 3000 3600 4600 6800 5000 6600 7300 8000 8800 10300 11300 11800 14100 14900 6 6 8 10 16 20 25 28 32 38 700 700 900 1000 1200 1600 2000 2400 3100 4500 4300 5100 5500 6000 6500 7700 8000 8800 10600 11300 6 10 13 15 19 25 32 34 42 50 500 600 650 700 1000 1500 1800 2100 2800 3600 3300 3800 4000 4300 4600 5400 6000 6400 7500 8300 参数用于单个凸点或是凸点间距较表中数值大1.52倍的情况；B类参数用于2个凸点的 情况；C类参数用于多个凸点，且点距较小的情况。在表1-2中，电极压力及焊接电流两项参数指的都是每个凸点的数值。 表1-3是低碳钢厚板单点凸焊的焊接参数。待焊的上、下两板厚度可以不相同，但厚板不得超过薄板的3倍。不同板厚的板材凸焊时，凸点应尽可能地加工在较厚的一块板材上，以减少熔核偏移；而参数应按较薄的一面选取，以免喷浅。表1-3中列出了正常凸点和小尺寸凸点的两种参数。正常凸点通常用单点焊，藉以达到较高的焊点强度；缩小凸点则常用于多点凸焊。为了减小由于凸点加工不均匀而引起的焊接电流和压力分配的不均匀，并减小喷溅，焊接电流应递增。采用预热脉冲可以得到更理想的结果。另外，与厚板的点焊一样，为了防止熔核内产生缩孔等缺陷，还需加大锻压力。 表1-3低碳钢厚板单点凸焊的焊接参数 板厚/mm 凸点尺寸/mm 最小间 距/mm 电极压力/N 递增 时间/周 焊接 时间/周 焊接 电流/KA 焊点拉剪力/N 直径 高度 焊接 锻压 正 常 凸 点 4 5 6 8.5 10.5 12.5 1.65 2.13 2.60 45 51 61 9560 13000 16700 19000 26000 33400 12 17 25 54 84 121 15.8 18.8 23.3 34700 50000 76900 小 尺 寸 凸 点 4 5 6 7.0 8.5 9.5 1.52 1.83 2.16 41 44 43 6300 7100 8900 12600 14200 17800 12 17 25 54 84 121 11.5 13.9 17.3 24600 34200 53300 2．环形凸焊在焊件上加工出环形凸缘进行的焊接称环形凸焊。凸缘截面呈等腰三角形，顶角一般取6090。若顶角大就不能焊接；若顶角小，环形凸缘工件下沉量快，焊接质量也不好。表1-4是环形凸焊的焊接参数。中小功率的晶体管封帽时也采用类似方法。 表1-4环形凸焊的焊接参数 凸缘形状 凸缘尺寸/mm 另一板 厚度/mm 电极 压力N/ 时间 /周 焊接 电流/A D T H 12 1.2 1.8 2.2 1.0 1.6 1.9 0.8 1.6 3.2 4500 5000 6000 5 8 12 16000 18000 22000 30 1.5 1.5 2.2 2.2 3.2 4.4 1.3 1.3 1.9 1.9 2.8 3.8 0.8 0.8 1.6 1.6 3.2 3.2 13000 18000 14000 20000 18000 25000 24 12 12 16 16 20 42000 48000 45000 52000 52000 60000 3．十字形凸焊十字形凸焊是利用线材、棒料或管子外圆的交叉相接时形成的凸点状态，形成局部的电流集中，成为一种理想的凸焊。为防止焊件（特别是细线材）被压扁而造成强度降低，电极端面应开出V形或U形槽。表1-5是低碳钢丝交叉接头凸焊的焊接参数。 表1-5低碳钢丝交叉接头凸焊的焊接参数 钢丝直径/mm 时间 /周 15压下量时的参数 30压下量时的参数 电极压力/N 焊接电流/A 焊点拉 剪力/N 电极压力/N 焊接电极/A 焊点抗 剪力/N 冷 拔 丝 1.60 3.20 4.80 6.40 7.90 9.50 11.10 12.70 4 8 14 19 25 33 42 50 445 556 1600 2600 3670 4890 6300 7600 600 1800 3300 4500 6200 7400 9300 10300 2000 4300 8900 16500 22700 29800 42700 54300 670 1160 2670 3780 6450 9170 12900 15100 800 2700 5000 6700 9300 11300 13800 15800 2220 5000 10700 18700 27100 37000 50200 60500 热 拔 丝 1.60 3.20 4.80 6.40 7.90 9.50 11.10 12.70 4 8 14 19 25 33 42 50 445 556 1600 2600 3670 4890 6300 7600 800 2800 5100 7100 9600 11800 14800 16500 1600 3300 6700 12500 20500 27600 39100 51200 670 1160 2670 3780 6450 9170 12900 15100 800 2800 5100 7100 9600 11800 14800 16500 1780 3800 7500 13400 22300 30300 42700 55170 注压下量指电阻焊中一根钢丝压入另一根丝的数量 管子十字形凸焊时，可采用不同直径的管子，但壁厚必须一致。与钢丝交叉接头相类似，较大的压下量导致较大的接头强度（这里以扭矩表示）。例如，φ22mm*1.5mm的管子焊接时，当压下量为5时，接头的扭矩为1500Nm；压下量为15，接头的扭矩高达2500Nm。表1-6是管子十字形凸焊的焊接参数。 表1-6管子十字形交叉凸焊的焊接参数 压下量（） 管子外径/mm 壁厚/mm 电极压力/N 时间/周 焊接电流/A 5 10 16 22 25 30 35 0.9 1.0 1.25 1.5 1.5 2.0 2000 2000 2200 2400 2400 2700 12 15 20 17 17 20 5000 9500 12000 14000 16000 18000 压下量（） 管子外径/mm 壁厚/mm 电极压力/N 时间/周 焊接电流/A 15 10 16 22 25 30 35 0.9 1.0 1.25 1.5 1.5 2.0 2000 2000 2200 2400 2400 2700 40 60 60 57 55 75 9000 9500 12000 14000 16000 18000 4．T形凸焊T形头也可以采用凸焊，因极难在整个接触面上都焊合，故常在某些点处进行焊接。图1-7为T形接头凸焊的实例，图3-7a是将二板焊成T形接头，为了使两板能够全部焊上，可将一板的两端做成锯齿状以便电流集中，图1-7d用于箱体焊接场合，上述任何一种情况都只用于强度要求不太高的焊接。 管子的T形接头凸焊常被采用。表1-7是管子T形接头凸焊的推荐参数。 螺母、螺钉类零件与平板间的凸焊，都属于T形接头凸焊的形式。这种焊接方法的生产率要比过去用电弧焊、钎焊高得多，而其成本要低得多，这种接头的强度可为螺纹强度的23倍。 为了得到优良的凸焊质量,必须加工出合理的凸点。带凸点的螺母设计及其尺寸见图1-8和表1-8。表1-9为焊接螺母凸焊的焊接参数，其焊接参数的特点是焊接电流较大,以加快焊接速度避免螺纹变形；且电极压力要大,以免引凸点位移导致强度下降和螺纹损坏。 表1-7管子T形接头凸焊的焊接参数 管子外径/mm 壁厚/mm 电极压力/N 时间/S 焊接电流/A 熔深/mm 9.6 12.4 16.0 17.6 19.2 22.4 25.4 28.6 30.2 31.8 35.0 1 1 1 1.25 1.25 1.25 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 1900 2100 2100 2300 2300 2300 2400 2500 2500 2500 2700 0.20 0.20 0.30 0.40 0.40 0.50 0.60 0.60 0.80 1.10 1.30 11000 12000 13000 13000 14000 14000 14500 15000 15000 16000 19000 2.5 2.8 3.1 3.5 4.0 4.3 5.0 5.5 6.0 6.3 7.0 1-8带凸点螺母的设计尺寸mm 螺纹规格 d D 带 圆 凸 点 带 弧 形 凸 点 s H b h n s H b h n M4 M5 M6 M8 M10*1.25 M12*1.25 8 8 8 11 13 15.5 13 13 13 17 19 22 6 6 6 7 8 10 2.2 2.2 2.2 3.0 3.0 3.5 1.5 1 12 12 13 16 17 5.5 5.5 6.0 7.5 8.5 4 4 4.5 5 6 1.0 0.5 表1-9焊接螺母凸焊的焊接参数 螺纹规格/mm 平板厚度/mm A参数 B参数 接头扭矩强度 /（NM） 时间 /周 电极压力/N 焊接电流/A 时间/周 电极压力/N 焊接电流/A M4 1.2 2.3 3 3 3000 3200 10000 11000 6 6 2400 2600 8000 9000 M8 2.3 4.0 3 3 4000 4300 15000 16000 6 6 2900 3200 10000 12000 82 M12 1.2 4.0 3 3 4800 5200 18000 20000 6 6 4000 4200 15000 17000 210 二、 镀层钢板的凸焊 1．镀锌钢板的凸焊镀金属层的钢板有镀锌钢板、镀铅钢板、镀铝钢板和镀铜钢板等，用途最广泛的是镀锌钢板。故本节只讨论镀锌钢板的凸焊，如读者遇到其它镀层钢时，参考镀锌钢的焊接特点，并根据镀层导电性、熔点和厚度等不同，对焊接参数进行适当调整。 由于凸焊时凸点的存在和采用平面电极，故镀锌钢的凸焊要比它点焊时反遇到的困难小得多。因为凸点能够使电流密度更为集中，即使接触面上的锌层局部熔化而蔓延开来，也不会使电流降低过多。其次，因为采用大尺寸的平板电极，不论是锌层的粘着，还是电极本身的变形都不得极小，所以焊接接头的强度不会随着焊点的增加而降低。 与无镀层的钢板凸焊相比，镀锌钢板所用的焊接电流要大，且应随着镀层厚度的增大而增加。表1-10为推荐镀锌钢板采用2级电极单点凸焊的焊接参数。表中数据用于焊接 表1-10镀锌钢板的2级电极单点凸焊的焊接参数 每板板厚/mm 电极压力 /N 时间 /周 焊接电流 /A 凸点尺寸/mm 熔核直径 /mm 焊点拉 剪力/N 直 径 高 度 1.0 1.6 2.0 2.4 2.8 1100 1800 2500 3300 4300 13 17 21 25 28 10000 11500 16000 16000 22000 4.5 5.5 6.4 6.4 6.4 1.0 1.2 1.4 1.4 1.4 3.8 6.4 6.4 7.6 7.9 4100 9100 12000 19000 22000 具有3.81g/m镀层的市售镀层钢，两板厚度相等，表面无污物、油脂或油漆，但允许有薄的油膜。 2．贴塑料面钢板的凸焊贴塑料面钢板的凸焊，需采用单面点或单面双点方法进行。因为钢板表面贴有绝缘的塑面，不能进行双面凸焊。 凸点形状如图1-9所示，普通多采用图1-9a的形状。当对焊件强度要求特别高时，采用图1-9b所示的环形凸点。当贴塑料面的钢板比另一钢板薄时，采用如图1-9c 那样的冲孔状，而冲孔的毛边作为凸环使用。毛边的高度常有波动，使焊接质量不稳定。克服这种缺点的办法是采用如图1-9d那样的冲孔，增加了H 部分，可避免毛边过早压溃导致接头周围的区域接触而产生的严重分流。仍按如图1-9c所示的那样焊接，焊后加顶锻力，压溃H 部分。 对贴塑料的钢板进行凸焊时，贴塑钢板愈薄则塑料面愈易产生压痕。为了减小压痕，可采用与被焊贴塑料面相同花纹的金属板做垫板。为了尽可能减小表面塑料的损伤，应尽可能采用硬的焊接参数（即大电流、短时间）来焊接。一般采用半周的通电方式来控制加热热量，在半内实际的通电时间调小至1/5周，或者使用电容储能焊机进行短时间焊接。表1-11表示按照半周通电方式，采用普通圆球形凸点的焊接参数实例，而表1-12表示贴塑料面板的环形凸焊的焊接参数。 表1-11圆球形凸点的焊接参数 贴塑料 面板厚 /mm 另一无贴面钢板 电极 压力 /N 时间 /S 电流 峰值 /A 焊点拉 剪力 /N 板厚 /mm 凸点尺寸/mm h d 0.6 0.4 0.6 0.4 0.3 2.0 1.8 150 150 0.004 0.005 3200 3500 750 500 0.8 0.4 0.8 0.4 0.4 1.8 1.8 150 200 0.005 0.005 3200 3500 650 1000 1.0 0.4 1.0 0.4 0.5 2.0 2.0 150 250 0.005 0.005 4000 4500 750 1000 1.2 0.6 1.2 0.6 0.5 2.6 3.0 250 850 0.006 0.006 5000 8000 1000 1000 表1-12贴塑料面板的环形凸焊的焊接参数 贴塑料 面板厚 /mm 另一无贴面钢板 交流半波式 电容储能式 接头拉剪力 /N 板厚 /mm 凸点尺寸①/mm 焊接电流峰值/A 电极压力/N 时间 /S 电容量/μf 电压 /V d1 d2 h 0.6 0.6 1.6 3.5 2.0 4.2 3.0 0.5 0.4 9000 9500 200300 200400 0.005 0.006 3000 4000 340 360 900 1300 0.8 0.6 1.6 4.4 2.8 5.5 3.5 0.6 0.4 11500 12000 300600 400800 0.006 0.007 4900 4000 360 350 1400 2300 贴塑料 面板厚 /mm 另一无贴面钢板 交流半波式 电容储能式 接头拉剪力 /N 板厚 /mm 凸点尺寸①/mm 焊接电流峰值/A 电极压力/N 时间 /S 电容量/μf 电压 /V d1 d2 h 1.0 0.6 1.6 4.3 3.5 5.5 4.0 0.8 0.4 14000 16500 300600 400800 0.007 0.007 5000 6000 400 400 2300 2800 1.2 0.6 2.3 4.0 3.5 5.5 4.0 1.0 0.4 15000 18000 3501000 5001000 0.007 0.007 5000 8000 400 430 2600 2800 三、 不锈钢和高温合金的凸焊 不锈钢凸焊时，必须注意熔核的位移现象主要是由多凸点之间通过电流时同方向电流相吸的原因而引起的，位移现象导致熔核强度的降低。为克服上述缺点，凸点间距不宜过小，并应采用较高的电极压力。但是，要避免过高的电极压力，以免压坏凸点。 表1-13为不锈钢的凸点尺寸及凸焊焊接参数。与低碳钢钢丝的交叉凸焊一样，镍和而热合金线丝的交叉凸焊也被广泛采用。镍和耐热合金的凸焊焊接参数如表1-14所示。耐热合金鲺低碳钢的线材交叉凸焊相比，要使用实高的电极压力。 表1-13不锈钢的凸点尺寸及凸焊焊接参数 板厚/mm 凸点尺寸/mm 焊接电流 /A 电极压力 /N 时间 /周 d h 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.3 3.2 2.4 2.4 2.6 2.8 3.2 3.8 4.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 1.0 1.0 3500 4000 4500 5000 6000 7000 8000 2500 2800 3200 3800 5000 6000 7000 6 7 8 10 12 18 24 表1-14镍合金的凸焊焊接参数 材料 线材直径/mm 电极压力/N 时间/周 焊接电流/A 镍合金 1.61.6 3.23.2 4.84.8 1.63.2 1.64.8 3.24.8 400 800 1600 400 400 800 2 3 5 2 2 5 1800 4100 7000 1800 2300 5000