点焊工艺基础知识点汇总

陈RQING 2018-05-04 15645

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　　本文主要介绍了点焊工艺基础知识点，分别从焊前工件表面清理、点焊的工艺参数、点焊时电流的分流、不等厚或异种材料点焊及常用金属材料点焊工艺要求等五个方面来详细解析，具体的跟随小编一起来了解一下吧。

　　一、焊前工件表面清理

　　当焊件表面有油污、水分、油漆、氧化膜及其它脏物时，使表面接触电阻急剧增大，且在很大范围内波动，直接影响到焊接质量的稳定。为保证接头质量稳定，点焊（也包括凸焊）前必须对工件表面进行清理。清理方法分机械清理和化学清理两种，前者有喷砂、喷丸、刷光、抛光、磨光等，后者常用的是酸洗或其它化学药品。主要是将金属表面的锈皮、油污、氧化膜、脏物溶解和剥蚀掉。这两种清理方法一般是根据焊件材料、供应状态、结构形状与尺寸、生产规模、生产条件及对焊接质量要求等因素选定。

　　低碳钢和低合金钢在大气中耐腐蚀能力弱，在运输、存放和加工过程中常用抗蚀油保护，若涂油表面未被脏物或其他不良导电材料所污染，在电极压力下，油膜很容易被挤开，不影响接头质量。对未经酸洗过的热轧钢板，焊前必须用喷砂、喷丸或用化学腐蚀的方法清除氧化皮。有镀层的钢板，除少数外，一般不用特殊清理就可以进行焊接。镀铝钢板则需要用钢丝刷或化学腐蚀清理。

　　不锈钢、高温合金点焊时，需保持焊件表面高度清洁，若有油、尘土、油漆物存在，有增加硫脆化可能，需用抛光、喷丸或化学腐蚀方法清理。对重要焊件有时用电解抛光，但其工艺较复杂，生产率低。

　　二、点焊的工艺参数

　　点焊的工艺参数主要有焊接电流Im、焊接时间tm\ 电极力Fm 和电极工作面尺寸d等。它们之间密切相关，而且可在相当大的范围内变化来控制焊点的质量。

　　1、焊接电流

　　焊接电流是影响析热的主要因素，析热量与电流的平方成正比。随着焊接电流增大，熔核的尺寸或焊透率A 是增加的。在正常情况下，焊接区的电流密度应有一个合理的上、下限。低于下限时，热量过小，不能形成熔核; 高訏上限，加热速度过快，会发生飞溅，使焊点质量下降。但是，当电极力增大时，产生飞溅的焊接电流上限值也增大。在生产中当电极力给定时，通过调节焊接电流，使其稍低于飞溅电流值，便可获得最大的点焊强度。

　　焊接电流脉冲形状及电流的波形对焊接质量有一定的影响。从工艺上看，焊接电流波形陡升与陡降会因加热和冷却速度过快而引起飞溅或熔核内部产生收缩性缺陷。具有缓升与缓降的电流脉冲和波形，则有预热与缓冷作用，可有效地减少或防止飞溅与内部收缩性缺陷。因此，调节脉冲的形状、大小和次数，都可以改善接头的组织与性能。

　　2、焊接时间

　　焊接时间是指电流脉冲持续时间，它既影响析热又影响散热。在规定焊接时间内，焊接区析出的热量除部分散失外，将逐渐积累，用于加热焊接区使熔核逐渐扩大到所需的尺寸。所以焊接时间对熔核尺寸的影响也与焊接电流的影响基本相似，焊接时间增加，熔核尺寸随之扩大，但过长的焊接时间就会引起焊接区过热、飞溅和搭边压溃等。通常是按焊件材料的物理性能、厚度、装配精度、焊机容量、焊前表面状态及对焊接质量的要求等确定通电时间长短。

　　图4 为几种典型材料点焊，焊件厚度与焊接电流、焊接时间的关系。

　　3、电极力

　　电极力对焊点形成有着双重作用。它既影响焊点的接触电阻，即影响热源的强度与分布; 又影响电极散热的效果和焊接区塑性变形及核心的致密程度。当其它参数不变时，增大电极力，则接触电阻减小，散热加强，因而总热量减少，熔核尺寸减小，特别焊透率降低很快，甚至没焊透; 若电极力过小，则板间接触不良，其接触电阻虽大却不稳定，甚至出现飞溅和烧穿等缺陷。

　　由于电极力对焊接区金属塑性环的形成，对消除焊点的内、外缺陷和改善金属组织有较大的作用。因此，在一般情况下，若焊机容量足够大，就可以采取增大电极力的同时，相应地也增大焊接电流，以提高焊接质量的稳定性。

　　对某些常温或高温强度较高线膨胀系数较大、裂纹倾向较严重的金属材料或刚性大的结构焊接时，为了避免产生焊前飞溅和熔核内部收缩性缺陷，不用恒压电极力，而采用阶梯形或马鞍形的电极力，如图5 b、c所示。

　　4、电极工作面的形状和尺寸

　　电极端面和电极本体的结构形状、尺寸及其冷却条件影响着熔核几何尺寸与焊点强度。对于常用的圆锥形电极，其电极体越大，电极头的圆锥角a越大，则散热越好。但a角过大，其端面不断受热磨损后，电极工作面直径d迅速增大; 若a过小，则散热条件差，电极表面温度高，更易变形磨损。为了提高点焊质量的稳定性，要求焊接过程电极工作面直径d.变化尽可能小。为此，a 角一般在90“-140 范围内选取; 对于球面形电极，因头部体积大，与焊件接触面扩大，电流密度降低及散热能力加强，其结果是焊透率会降低，熔核直径会减小。但焊件表面的压痕浅，且助圆滑地过度，不会引起大的应力集中;而且焊接区的电流密度与电极力分布均匀，焊点质量易保持稳定; 此外，上、下电极安装时对中要求低，稍有偏斜，对焊点质量影响小。显然，焊接热导率低的金属，如不锈钢焊接，宜使用电极工作面较大的球面或弧面形电极。

　　5、各工艺参数间的相互关系

　　实际上点焊过程上述各工艺参数间并非孤立变化，常常变动其中一个参数会引起另一个参数的改变，彼此相互制约。改变焊接电流Im.焊接时间tm 电极力FW 电极工作面直径d.都会影响散热，而tw和F与焊点塑性区大小有密切关系。增加Im 和tm，降低F，使析热增多，可以增大熔核尺寸，这时若散热不良（d.小）就可能发生飞溅、过热等现象; 反之，则熔核尺寸小，甚至出现未焊透。

　　增加Iw 和tw，都使熔核尺寸和焊透率增大，提高焊点的抗剪强度。如果对这两个工艺参数进行不同的配合调节，就会得出加热速度快慢不同的两种焊接条件，即强条件（规范）。

　　强条件是焊接电流大、焊接时间短。其效果是加热速度快、焊接区温度分布陡、加热区窄、接头表面质量好，过热组织少，接头的综合性能好，生产率高。因此，只要焊机功率允许，各工艺参数控制精确，均应采用。但由于加热速度快，这就要求加大电极力和散热条件与之配合，否则易出现飞溅等缺陷。

　　弱条件是焊接电流小而焊接时间长。其效果是加热速度慢、焊接区温度分布平缓、塑性区宽，在压力作用下易变形。因此，对于焊机功率不足，工件厚度大，变形困难或易淬火的材料，采用弱条件焊接是有利的。

　　根据不同金属材料或结构对焊接质量的要求，工艺参数的调节是多种多样的。在点焊所有工艺参数中，焊接电流和通电时间是影响焊接区温度的主要参数，通过改变焊接电流的脉冲次数、幅值大小和通断时间的长短，就可以在焊接区获得不同温度变化过程，以达到顺利焊接不同材质和不同厚度的

　　焊件的目的。例如：对易淬火钢可以采用带附加缓冷电流脉冲的工艺点焊; 对调质钢，可以采用电极间焊前预热和焊后热处理的点焊工艺，这种点焊工艺每焊一个焊点，除了需要一个或几个用来形成熔核的主电流脉冲外，还需要附加用来预热和热处理的辅助电流脉冲，以改善由于高速加热、冷却中出现不应有的淬火组织和受焊接热影响的软化区; 根据材料形成热裂纹及缩孔的不同倾向，还可以选用象图5 所示的不同形式的电极力。

　　表12 列出了不同点焊工艺而采用不同形式的电流脉冲及其引起焊接区的温度变化。

　　6、点焊工艺参数的选择方法

　　点焊工艺参数的选择就是确定出焊接每个焊点所需的电极直径d焊接电流Im.通电时间tm、电极力F等。选择的基本出发点是保证获得满足强度要求的焊点，这种焊点必须是没有内外缺陷，且具有与厚度相适应的熔核直径d和焊透率（见图1）。选择的主要依据是焊件的材料特点、产品结构特点和焊接设备特点。材料特点主要是指材料的热物理性能，如电导率、热导率、熔点、高温强度、硬度、塑性温度范围与变形抗力，对热循环的敏感性及加热过程组织和性能的变化等; 产品结构特点主要是指板厚、搭接层数、点距、边距等，对磁性材料还可能对焊接回路的感抗发生影响; 焊接设备特点，主要指已有的或可以选用的设备的机械特性（如加压系统的可调性和随动性）和电气特性（如焊接电流和通电时间的可调性和可控性等）。

　　确定点焊工艺参数的一般程序是：第一步初选各参数; 第二步现场工艺试验并进行调整与修正，最后确定出最佳参数。

　　初步选择工艺参数是关键。有各种初选方法，目前热计算方法困难很大而没有被采用，更多的是理论分析与经验相结合进行初选。这里介绍几种可行的方法：

　　1）简易图表法

　　由于焊件材料性能不同，要求的加热速度与塑性变形能力也不同，一般按加热速度快慢及加热范围大小将工艺参数划分为硬规范（即强条件）、中等规范和软规范（即弱条件）三种。把这三种规范的有关参数归纳成图6 所示的简易图表，作初选工艺参数参考。

　　3）查表法

　　直接从焊接工艺手册或技术文献所提供的工艺参数表中查出材料和厚度均相同的工艺参数，作为初选参数。

　　任何方法初选的工艺参数都应经现场工艺试验进行检验，达不到技术要求的必须进行调整和修正。例如，按初选参数试焊发现熔核直径过小，强度不足，可以在此基础上逐渐加大焊接电流而其它工艺参数暂时不变，进行试焊，直到获得应有的熔核尺寸为止，这时的焊接电流可作为在这种条件下生产用的焊接电流的下限。继续加大焊接电流试验，直至熔核发生崩溃飞溅为止，这时的焊接就能获得没有飞溅的电流临界值。用稍低于这个临界值的电流焊接，就能获得没有飞溅的最大熔核直径，可作为这种条件下生产用的焊接电流的上限。同理，也可以其它工艺参数不变，只改变电极力进行试验。也能获得刚好不发生飞溅而熔核尺寸最大的电极力的最佳值。

　　三、点焊时电流的分流

　　焊接时不能过焊接区而流经焊件其它部分的电流为分流。同一焊件上已焊的焊点对正在焊的焊点就能构成分流; 焊接区外焊件间的接触点也能引起分流，见图7。

　　不希望产生分流现象。因为，分流使焊接区的有效电流减小，析热不足而使熔核尺寸减少，导致焊点强度下降;分流电流在电极-焊件接触面一侧集中过密，将因局部过热造成飞溅、烧伤焊件或电极、熔核偏斜等; 由于形成分流的偶然因素很多，使得焊接电流不稳定，从而焊接质量也不稳定。

　　影响分流的因素很多，委件材料、结构、点距、表面和装配质量等都能影响分流的大小。实质上分流的大小是取决于焊接区的总电阻与分路阻抗之比，分路阻抗越小，则分流就越大，减小分流的常用措施有：

　　1、选择合适的点距：为了减小分流，通常按焊件材料的电阻率和厚度规定点距的最小值。材料的电阻率越小，板厚越大，焊件层数越多，则分流越大，所允许的最小点距也应增大。

　　2、焊前清理焊件表面：表面上存在有氧化膜、油垢等脏物时，焊接区总电阻增大，使分流增大。

　　3、提高装配质量：待焊处装配间隙大，其电阻增加，使分流增大。因此，结构刚性较大或多层板进行组装时，应提高装配质量，尽量减小装配间隙。

　　4、适当增大焊接电流，以补偿分流的影响：由于结构设计需要或其它原因，分流不可避免时。为了保证熔核具有足够几何尺寸，应加大焊接电流。以补偿分流的损失。例如，焊接不锈钢与高温合金连续点焊时，采用比正常点焊的焊接电流高40%-60%。

　　5、其它特殊措施：分流对单面双点焊影响较大，见图7b。对于厚度相等的焊件，因分路阻抗小于

　　四、不等厚或异种材料点焊

　　1、不等厚板的点焊

　　当材料相同而厚度不等的焊件点焊时，若用相同尺寸的电极，则由于接合面与强烈散热的两电极距离不同，使上、下两焊件散热条件不同，所以其温度场分布不对称，熔核偏向厚板侧，见图9。

　　偏移结果使接合面上熔核尺寸小于核心最大尺寸，降低了焊点强度，严重时会造成未焊合。产生熔核偏移现象，随两焊件厚度比增大而加剧，焊接条件（规范）越软，其散热作用越强，偏移也越大。

　　为了保证接头强度，一般要求薄板一侧的焊透率不于10%，厚板侧应达到20%-30%。为此，应设法控制焊接区析热和散热条件，调整焊接区的温度场，使加热最高温度区接近焊件的接合面。具体措施有：

　　1）提高接触面上的电流密度，增强发热，在薄件或委件上预制凸点，或在接触面上放工艺垫片，使接触面上电流密度增大，析热集中于接触面附近，从而使熔核形成在接合面上。垫片材料、厚度由薄件厚度和材质而定，一般用厚为0.2-0.3mm的箔片。导热性差而熔点较高的不锈钢箔可用于焊接铜或铝合金; 坡莫合金箔片可用于焊耐热合金。

　　2）调节散热条件尽量使接触面两侧散热均衡。可以采用不同直径的电极，在厚件一侧用较大直径的电极以增大厚件的散热，在薄件一侧用小直径电极以减少薄件的散热，或者上、下电极采用不同的电极材料，在薄件一侧用热导率入较厚件侧为小的电极材料，或者增加薄板侧电极端面至其内部冷却水孔底部的距离，均能起到减小薄件的散热条件的作用，使熔核恰好在接合面上形成。

　　3）采用（硬规范）焊接硬规范电流大、通电时间短，能充分利用接合面处接触电阻的集热作用，而且加热时间短，热损失相对地减少，使接合面上的温度较高，核心偏移较小。所以电容储能点焊不同厚度板时，其熔核偏移小。

　　表13 为不同厚度零件点焊的工艺参数

　　2、异种材料点焊

　　当焊接两种导电和导热性能不同的金属材料时，焊接区热量的产生、散失与不同厚度板件点焊特点类似。当厚度相同时，导热性好而电阻率低的材料就相当于薄件，熔核总是偏向导热性差，电阻率大的材料一侧。因此，调整熔核偏移所采取的措施与上述板厚度不等的点焊类似。

　　如果是不等厚的异种材料点焊，则导热性差的材料为薄件时核心偏移可得到一定改善; 导热性差的材料为厚件时，核心偏移就更为严重，就必须采取措施。

　　异种材料点焊还须要注意材料的冶金焊接性问题。两种材料能否很好地熔合在一起; 是否会形成金属间化合物; 在室温与高温下塑性变形能力如何; 在同一焊接工艺条件下，高熔点材料与低熔点材料能否获得大致相当的塑性变形等等，都须综合考虑解决。一般应把注意力放在使接合面两边金属的温度及变形程度接近，并能互溶且生成固溶体，形成良好的交互结晶而脆性金属间化合物。当两者性质相差很远难以组合时，可用中间材料作为过渡层，以避免产生脆性金属间化合物。例如铝合金和低合金钢组合点焊时，可以在低合金钢待焊面预先镀上一层（厚度以um 计）铜或银; 碳钢与黄铜组合点焊时，可以低碳钢表面先镀上一层锡等。

　　五、常用金属材料点焊工艺要求

　　1、低碳钢的点焊

　　低碳钢具有很好的点焊焊接性。由于碳的质量分数低［w （c）〈0.25%］，其电阻率和热导率适中，需要焊机的功率不大 ; 塑性温度区宽，易获得所需的塑性变形而不必使用很大的电极力; 碳和其他合金元素含量低无高熔点氧化物，一般不产生淬火组织或夹杂物：结晶温度区间窄、高温强度低，热膨胀系数小，因而开裂倾向小。

　　所以低碳钢可以在通用交流点焊机上焊接，采用简单焊接循环。在较大范围内调节各焊接工艺参数，也能获得满意的焊接质量。

　　表14 为低碳钢板点焊的推荐工艺参数（单相工频交流电）。

　　2、易淬火钢的点焊

　　易淬火钢是指加热后快速冷却时易产生马氏体组织的钢，其含碳量一般都较高。由于点焊冷却速度很快，焊接这类钢时必然产生硬脆的马氏体组织，当应力较大时，就会产生裂纹。为了消除淬火组织、改善接头性能，通常采用电极间焊后回火的双脉冲点焊工艺，见表12 中第4 条。采用双脉冲点焊工艺时注意：两脉冲之间的间隔时间一定要保证使焊点冷却以马氏体转变点M温度以下; 回火电流脉冲的幅值要适当，以避免焊接区的金属重新超过奥氏体相变点而引起二次淬火。

　　易淬火钢不采用单脉冲点焊，回单脉冲焊即使可以采用长的焊接时间延缓冷却速度，但仍不能避免产生淬火组织。

　　表15 为中碳砚［w（C）=0.15%~0.60%］点焊的工艺参数。

　　表16 为两种低合金钢点焊的工艺参数。

　　3、镀层钢板的点焊

　　1）焊接特点

　　镀层钢通常是指表面镀锌或铝的钢板。点焊这类钢板有如下特点：

　　a.表层极易破坏而失去镀层的保护作用。

　　b.电极易与镀层粘附，使用寿命缩短。

　　C.与低碳钢点焊相比，适用的点焊工艺参数范围较窄特别对焊接电流的波动极敏感。

　　d.镀层金属的熔点通常低于钢板，加热时先熔化的镀层金属使两板间的接触面扩大，电流密度减小。因此，焊接电流应比无镀层钢时大; 为了将已熔化的镀层金属排挤于接合面，电极压力应比无镀层钢时为高。

　　2）镀锌钢板的点焊

　　镀锌钢板大致分为电镀锌钢板和热浸镀锌钢板，前者的镀层较后者薄。

　　镀锌钢板点焊比低碳钢点焊困难，除上述一些特点外，锌层粘附到电极上锌原子易向电极扩散，使铜电极合金化，电、导热性能变坏。连续点焊时，电极头将迅速过热变形，焊点强度逐渐降低，直至产生未焊透。

　　推荐用锥头平面电极，用附表中A 组2 类电极材料制成，当对焊点外观要求高时，可采用附表中1类电极材料。电极锥角伪120-140*，考虑到装配等特殊情况时，也可用较小的锥角。电极端面直径取两焊件中薄件厚度的4-5 倍。若使用焊钳时，建议采用端面球半径时25-50mm 的球面电极。为了提高电极使用寿命，可采用嵌有钨块的复合电极，以2 类电极材料作电极基体，见图10。

　　焊镀锌钢板的焊接电流比无镀锌层低碳钢板增大约50%，镀层越厚，越不均匀，所需电流越大。焊接时间也应增加25%-50%，以使两焊件间的熔化锌层能均匀地挤于焊接区周围。焊后锌层均布于焊点周围，仍何保持原有保护作用。

　　由于所用焊接电流较大、焊接时间又较长，为了避免产生飞溅，在增加焊接电流和通电时间的同时，也应增加电极力，这也有利于把熔化的镀层挤到焊接区周围。一般电极力应增加10%-25%。6.5.4 不锈钢的点焊不锈钢含有大量Cr、Ni 等合金元素，按含合金成分不同分奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢。在点焊结构上用得最多的是奥氏体不锈钢，其次为马氏体不锈钢。

　　奥氏体不锈钢的电阻率大，常温时约为低碳钢的5 倍，热导率小，仅为低碳钢的1/3，具有很好的焊接性，可采用较小的焊接电流，较短的通电时间。由于电阻率大，减少了通过已焊焊点的分流，故可适当减小点距。不锈钢线膨胀系数大，焊接薄壁结构时，易生翘曲变形。不锈钢的高温强度高，故需提高电极力，否则，会出现缩孔及结晶裂纹。推荐采用附表中硬度较高的A 组3 类电极合金，以提高电极的使用寿命。若加热时间延长，热影响区扩大并有过热时，则近缝区晶粒粗大，甚至出现晶界熔化现象。冷轧钢板则出现软化区，使接头性能降低。故宜采用偏硬的焊接条件表18 为奥氏体不锈钢焊接的推荐工艺参数。

　　马氏体不锈钢多在淬火后低温或高温回火状态下使用。这种钢点焊后将再次淬硬，使接头塑性下降。为了改善接头力学性能，应采用焊后在电极间回火处理的双脉冲点焊工艺。一般不采用电极的外部水冷，以免因淬火而产生裂纹。表19 为马氏体不锈钢双脉冲点焊工艺参数。

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