电阻焊原理

南京航空工业学院

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电阻焊原理

焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。

一、焊接热的产出及影响因素

点焊时产生的热量由下式决定：Q=IIRt（J）————（1）

式中：Q——产生的热量（J）、I——焊接电流（A）、R——电极间电阻（欧姆）、t——焊接时间（s）

1.电阻R及影响R的因素

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）如图.

当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。

接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，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。

2.焊接电流的影响

从公式（1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。

3.焊接时间的影响

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。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。

4.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。

5.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。

6.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接头的必要条件。

二、热平衡及散热

点焊时，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——形成熔核的热量、Q2——损失的热量 有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化金属量，而与所用的焊接条件无关。Q1=10%-30%Q，导热性好的金属（铝、铜合金等）取下限；电阻率高、导

热性差的金属（不锈钢、高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量5%左右。

三、焊接循环

点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段（如图点焊过程）：

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）焊接时间——焊接电流通过工件，产热形成熔核。

3）维持时间——切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。

4）休止时间——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合金钢的淬火组织，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。

四、焊接电流的种类和适用范围

1.交流电 可以通过调幅使电流缓升、缓降，以达到预热和缓冷的目的，这对于铝合金焊接十分有利。交流电还可以用于多脉冲点焊，即用于两个或多个脉冲之间留有冷却时间，以控制加热速度。这种方法主要应用于厚钢板的焊接。

2.直流电 主要用于需要大电流的场合，由于直流焊机大都三相电源供电，避免单相供电时三相负载不平衡。

五、金属电阻焊时的焊接性

下列各项是评定电阻焊焊接性的主要指标：

1.材料的导电性和导热性 电阻率小而热导率大的金属需用大功率焊机，其焊接性较差。

2.材料的高温强度 高温（0.5-0.7Tm）屈服强度大的金属，点焊时容易产生飞溅，缩孔，裂纹等缺陷，需要使用大的电极压力。必要时还需要断电后施加大的锻压力，焊接性较差。

3.材料的塑性温度范围 塑性温度范围较窄的金属（如铝合金），对焊接工

艺参数的波动非常敏感，要求使用能精确控制工艺参数的焊机，并要求电极的随动性好。焊接性差。

4.材料对热循环的敏感性 在焊接热循环的影响下，有淬火倾向的金属，易产生淬硬组织，冷裂纹；与易熔杂质易于形成低熔点的合金易产生热裂纹；经冷却作强化的金属易产生软化区。防止这些缺陷应该采取相应的工艺措施。因此，热循环敏感性大的金属焊接性也较差。（附表：常用金属的热物理性能）

疑难解答

一 点、缝焊接头的质量

焊接过程中，由于焊接参数设定不合理或者结构设计不合适，都能造成质量问题，甚至出现废品。点焊接头质量，接头应具有一定的强度，这主要取决与熔核尺寸（熔核直径及熔透率）；熔核及其周围热影响区的金属组织及缺陷。焊接质量检测在焊接生产过程中有很重要的地位，由于焊件和采用的材料的不同，质量检测的标准也不同。在国外和我国军工及重要民用产品部门，依焊件的承载能力和受力状态、材料的焊接性能和焊件在系统中的重要性，将焊接接头分为一、二和三级：

一级：承受很大的静载荷、动载荷或交变载荷，接头破坏会危及人员的生命安全。

二级：承受较大的静载荷、动载荷或交变载荷，接头破坏会导致系统的失败，但不危及人员的生命安全。

三级：承受较小的静载荷或动载荷的一般接头。

针对实际生产过程中比较常用的一些工艺流程和常见的一些焊接质量问题及结构问题，我们给以分析和解答，期望能给您的工作带来一些帮助。我们总结了常用的点、缝焊接头要注意的问题和主要质量问题及点焊结构的缺陷分

1.点焊过程应注意的问题

常见的点焊接头形式有搭接、卷边接、圆棒与圆棒点焊、圆棒与板点焊。在重要结构上，同时进行点焊的焊件数目尽量不要超过两件。因为焊件数目增加，

造成电流的分流严重，致使焊点的强度不稳定。当焊件的板厚之比在1：3范围之内时，能够成功地实现点焊。

焊点的布置受分流和变形条件的限制。当焊件厚度增大时，允许的最小节距和从焊点中心到焊件边缘（或阻碍焊件变形的构件）的距离都相应增大。对电阻率较大的材料，例如奥氏体钢，焊点的最小节距应再增大25%-30%。下表列出了结构钢点焊时的布置尺寸。

在通用焊机及简单夹具上点焊时应注意以下几点：

1）、点焊时伸入焊机回路内的铁磁体焊件或夹具的断面积应尽可能的小，并且在焊接过程中不能剧烈地变化。因为回路内的铁磁体能使回路阻抗增大，造成焊接电流减小。

2.焊前清理的问题

焊前表面清理：

1、机械清理：采用旋转钢丝刷、金刚砂毡轮抛光等，或者采用喷丸、喷砂处理。

2、化学清理：包括去油、酸洗、钝化等。化学清理是，零件不应有搭接缝或其他缝隙，以免因腐蚀液冲洗不干净而受腐蚀。电解抛光可用于板厚

清理后的焊件存放时间不可太长，一般铝合金清理后存放时间应

化学清理腐蚀液成分及工艺见下表：

3.点、缝焊接头的主要质量问题

点、缝

焊接头

的主要

质量问

题

4.点焊焊接结构缺陷

点焊

焊接 结构

缺陷

5.不等厚度和不同材料的电焊

不等厚度和不同材 料的点焊

当进行不等厚度或不同材料点焊时，熔核将不对称于其交界面，而是向厚板或导电、导热性差的一边偏移，偏移的结果将使薄件或导电、导热性好的工件的焊透率减小，焊点强度降低。熔核偏移是由两工件产热和散热条件不相同引起的。厚度不等时，厚件一边电阻大、交界面离电极远，故产热多而散热少，致使熔核偏向厚件；材料不同时，导电、导热性差的材料产热易散热难，故熔核也偏向这种材料。

调整熔核偏移的原则是：增加薄板或导电、导热性好的工件的产热而减少其散热。常用的方法有：

1.采用硬规范 使工件间接触电阻产热的影响增大，电极散热的影响降低。电 容储能焊机采用大电流和短的通电时间就能焊接厚度比很大的工件。

2.采用不同接触表面直径的电极 在薄件或导电、导热性好的工件一侧采用较小直径的电极，以增加这一侧的电流密度、并减小电极散热的影响。

3.采用不同的电极材料 薄件或导电、导热性能好的工件一侧采用导热性能较差的铜合金，以减少这一侧的热损失。

4.采用工艺垫片 在薄件或导电、导热性能好的工件一侧垫一块由导热性能较差的金属制成的垫片（厚度为0.2-0.3mm），以减少这一侧的散热。

6.镀层钢焊接时的主要问题

镀层钢板点焊时的主要问题 及解决办法

1.表面镀层破坏失去原有的镀层的保护租用。

2.电极易于镀层粘附，缩短电极使用寿命。

3.与低碳钢相比，适用的焊接工艺参数比较窄，易于形成未焊透或飞溅，因而必须精确控制工艺参数。

4.镀层金属的熔点通常比低碳钢低，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，焊接电流应该比无镀层时大。

5.为了将已经熔化的镀层金属排挤出接合面，电极压力应该比无镀层时高。

贴聚氯乙烯塑料面的钢板焊接时，除保证必要的强度外，还应该保证贴塑面不被破坏。因此必须采用单面点焊，并采用较短的焊接时间。

点焊镀锌钢板时建议采用2类电极合金。当对焊点外观要求高时采用1类合金。推荐使用锥形电极形状，锥角120-140度。使用焊钳时，推荐使用端面半径为25-50mm的球面电极。

为提高电极的使用寿命，也可采用嵌有钨电极头的复合电极，以2类电极合金制成的电极体，可加强钨电极头的散热。

注意：镀锌钢板焊接时应该采取有效的通风装置，因为ZnO烟尘有害人体健康

点焊镀铝钢板时由于镀层的导电、导热性能好，因此需要较大的焊接电流。并应采用硬铜合金的球面电极。

点焊镀铅钢板时所用的焊接工艺参数和镀锌钢板相似。

7.铝合金的点焊

铝合金点焊工艺特点及焊接过程中注

意的问题

铝合金的应用十分广泛，分为时效强化和热处理强化两大类。铝合金焊接性能较差，尤其是热处理强化的铝合金。其原因及采取的措施如下：

1.电导率和热导率较高 必须采用较大的电流和较短的时间，才能作到既有足够的热量形成熔核，又能减少表面过热，避免电极黏附和电极铜离子向纯铝包复层扩散、降低接头的抗腐蚀性。

2.塑性温度范围窄、线膨胀系数大 必须采用较大的电极压力，电极随动性好，才能避免熔核凝固时，因为过大的内部拉应力而引起的裂纹。对裂纹倾向大的铝合金，如LF6、LY12、LC4等，还必须采用加大锻压力的方法，使熔核凝固时有足够的塑性变形，减小拉应力，以避免裂纹产生。在弯电极难以承受大的顶锻压力时，也可以采用在焊接脉冲之后加缓冷脉冲的方法避免裂纹。对于大厚度的铝合金可以两种方法并用。

3.表面易生成氧化膜 焊前必须严格清理，否则极易引起飞溅和熔核成形不良（撕开检查时，熔核形状不规则，凸台和孔不成圆形），使焊点强度降低。清理不均匀将引起焊点强度不稳定。

基于上述原因，点焊铝合金应该选用具有下列特性的焊机：

a、能在短时间内提供大电流；

b、电流波形最好有缓升缓降的特点；

c、能精确控制焊接工艺参数，且不受电网电压波动的影响；

d、能提供阶形和马鞍形电极压力；

e、机头的惯性和摩擦力小，电极随动性好。

点焊铝合金的电极应采用1类电极合金，球形端面，以利于压固熔核且有利于散热。

8.凸焊与点焊的比较优势

凸焊与点焊的比较优势

凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。凸焊的种类很多，除板件凸焊外，还有螺帽、螺钉类零件的凸焊、线材交叉凸焊和板材T型凸焊等。

板件凸焊最适宜的厚度是０.５-４.０mm。焊接更薄的板件时，凸点设计要求严格，需要随动性好的焊机，因此厚度小于０.２５mm的板件更易于采用点焊。

凸焊与点焊相比还有以下优点：

１.在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高，而且没有分流内影响。因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。

２.由于电流密集于凸点，电流密度大，故可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核，在点焊时，对应于某一板厚，要形成小于某一 尺寸的熔核是很困难的。

3.凸点的位置精确、尺寸一致，各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度，凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。

4.由于采用大平面电极，且凸点设置在一个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。同时大平面电极的电流密度小、散热好，电极的磨损要比点焊小得多，因而大大降低了电极的保养和维修费用。

５.与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层对凸焊的影响较小，但干净的表面仍能获得比较稳定的接头质量。

凸焊的不足之处是需要冲制凸点的附加工序，电极比较复杂；由于一次要焊接多个焊点，需要使用高的电极压力、高机械精度的大功率电焊机。

9.电极材料及分类

点焊电极材 料及分类

点焊电极是保证点焊质量的重要零件，它主要的功能有：

1.向工件传导电流；

2.向工件传递压力；

3.迅速导散焊接区的热量。

基于电极材料的上述功能，就要求制造电极的材料有足够的电导率、热导率和高温硬度，电极的结构必须有足够的强度和刚度，以及充分冷却的条件。此外，电极与工件间的接触电阻应足够低，以防止工件表面熔化或电极与工件表面之间的合金化。

电极材料按照我国航空航天工业标准HB5420-39的规定分为四类，常用的有三类，见下表：

1类——高电导率，中等硬度的铜及铜合金。这类材料主要通过冷作变形方法达到其硬度要求。适用于制造焊铝及铝合金的电极，也可应用于镀层钢板的点焊，但性能不如2类合金。1类合金还常用于制造不受力或低应力的导电部件。

2类——具有较高的电导率、硬度高于1类合金。这类合金可以通过冷作变形和热处理相结合的方法达到其性能要求。与1类合金相比，它具有较高的力学性能，适中的电导率，在中等程度的压力下，有较强的抗变形能力，因此是通用的电极材料，广泛地用于点焊低碳钢、低合金钢、不锈钢、高温合金、电导率低的铜合金，以及镀层钢等。2类合金还适用于制造轴、夹钳、台板、电极夹头、机臂等电阻焊机中各种导电部件。

3类——电导率低于1、2类合金，硬度高于2类合金。这类合金可以通过热处理或冷作变形和热处理相结合的方法达到其性能要求。这类合金具有更高的力学性能和耐磨性能，软化温度高，但电导率较低。因此适用于点焊电阻率高和高温强度高的零件，如不锈钢、高温合金等。这类合金也适于制造各

种受力的导电构件。

凸焊与点焊的比较优势

凸焊主要应用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。凸焊的种类很多，除板件凸焊外，还有螺帽、螺钉类零件的凸焊、线材交叉凸焊和板材T型凸焊等。

板件凸焊最适宜的厚度是０.５-４.０mm。焊接更薄的板件时，凸点设计要求严格，需要随动性好的焊机，因此厚度小于０.２５mm的板件更易于采用点焊。

凸焊与点焊相比还有以下优点：

１.在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高，而且没有分流内影响。因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。

２.由于电流密集于凸点，电流密度大，故可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核，在点焊时，对应于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困难的。

3.凸点的位置精确、尺寸一致，各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度，凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。

4.由于采用大平面电极，且凸点设置在一个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。同时大平面电极的电流密度小、散热好，电极的磨损要比点焊小得多，因而大大降低了电极的保养和维修费用。

５.与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层对凸焊的影响较小，但干净的表面仍能获得比较稳定的接头质量。

凸焊的不足之处是需要冲制凸点的附加工序，电极比较复杂；由于一次要焊接多个焊点，需要使用高的电极压力、高机械精度的大功率电焊机。

焊接参数

低合金钢的点焊工艺参数

低碳钢点焊焊接参数

不锈钢的点焊焊接参数

高温

合金的点焊焊

接参数

铝合金点焊焊接参数

钛及钛合金的点焊工艺参数

铜及铜合金的点焊焊接工艺参数

缝焊焊接工艺参数

低碳钢的缝焊工艺参数

低合金钢的缝焊焊接工艺参数

不锈钢缝焊的焊接工艺

参数

镀层钢缝焊的焊接工艺参数

铝合金的缝焊工艺参数

工业纯钛的缝

焊工艺参数

凸焊焊接工艺参数

低碳

钢凸 焊的

焊接工艺参数

低碳钢丝交叉接头

的焊接工艺参数

低碳钢螺母凸焊的 焊接工艺参数

镀锌

钢板

的凸焊焊

接工艺参数

不锈钢凸焊的

焊接工艺参数

对焊焊接工艺参数

电阻对焊的焊

接工艺参数

低碳

钢棒料闪光对焊焊接工艺参数

低碳钢平板对焊的 焊接工艺参数

各类钢闪光对焊的 焊接工艺参数

有色金属及其合金的闪光对焊的焊接工艺参数

铜与

铝闪光对焊的 焊接工艺参数

电阻焊系列 (2005-9-2)

技 术 性 能 采用微电脑控制 焊接速度快、效率高 点焊、凸焊兼用 机械本体耐冲击、抗震动 输出电压任意可调 设置有焊接状态指示灯 根据客户需要，可制成多点焊机 1 项 目 型 号 DN-35 DN-55 DN-75 DN-100 额定输入容量 35kVA 55kVA 75kVA 100kVA 输入电压 1-380V/50Hz 额定输入电

流 92A 145A 197A 263A 负载持续率 20 臂伸长度 500mm(可协议) 电极臂间距 200mm 电极工作行程 80mm 最大电极压力 470kgf 1000kgf 1200kgf 1200kgf 气体压力

第一章 电阻焊电极材料概述

第一节 电阻焊电极材料定义

第二节 电阻焊电极材料概述

第二章 电阻焊电极材料技术发展趋势

第三章 电阻焊电极材料国内外市场综述

第一节 电阻焊电极材料市场状况分析及预测

第二节 电阻焊电极材料产量分析及预测

第三节 电阻焊电极材料需求量分析及预测

第四节 电阻焊电极材料产供需状况分析及预测

第五节 电阻焊电极材料价格分析

第六节 电阻焊电极材料进出口状况分析

第四章 国内电阻焊电极材料生产厂家介绍

第五章 国内电阻焊电极材料拟建及在建项目

第六章 电阻焊电极材料经销商

第七章 国外电阻焊电极材料市场分析

第一节 概述

第二节 亚洲

第三节 欧盟

第四节 北美自由贸易区

第八章 国外电阻焊电极材料生产商进口商概述

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前去qqqq 项目所属机构： 中科院

项目简介：

成果简介

电阻焊技术是焊接薄钢板的主要工艺手段，它应用于各种薄钢板器件的制造

过程，尤其在汽车制造工业中大量应用。中国科学院金属研究所经过近年来的大量研究试验工作，已成功的研制出一种新型烧结铜复合材料，该材料导电率高（约为纯铜的80%），使用这种电极可保持焊接中有足够的强大电流，因此使焊接质量得到保障。该材料退火温度高（约为780℃），使用这种电极可使其在高温下保持高的硬度，这样就大大减少了焊接过程中修磨电极的次数，提高了生产效率，电极寿命也明显提高。该产品在国内著名汽车生产企业的焊接生产线上实验证明，使用该产品焊接质量好，电极修磨次数少，电极使用寿命比国内产品提高一倍，比日本进口产品提高三分之一。其主要技术指标如下：

硬度：HB130；导电率：80%IACS；退火温度：780℃

该材料主要用作电阻焊电极，而电阻焊大量应用于汽车制造、航空工业、民用电器及新型建材等许多方面。国内电阻焊电极用量一年约700吨左右，按每吨7万元计算，该产业产值可达4900万元，利润为1000万左右。

合作方式：合作开发。

联系单位： 山东省科技协作共用网

联系电话： 0531-2664260 (请您记住该项目编号：220)

国内外电阻焊设备的发展

Development of sistance welding equipment

王福生

摘 要：分析了国内外电阻设备发展现状和国内电阻焊技术与国外相比较存在

的差距,并对我国电阻焊设备的发展提出了建议.

关键词：电阻点焊;发展;差距

分类号：TG438.2 文献标识码：C

文章编号：1001-2303(2005)02-0001-05

作者简介：王福生(1946-),男,四川成都人,教授级高级工程师,中国机械工程学会高级会员,长期从事电焊机的开发和研制工作.

作者单位：王福生（成都电焊机研究所,四川,成都,610051）

参考文献：

[1]易志华.国外电焊机发展概况(下)[J].电焊机,1996,26(6):8-11.

[2]王福生.空心线圈传感器在阻焊大电流测试中的探索[A].中国首届焊接学术及新技术交流节论文集(第二集)[C].1993.

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机,1992,(6):3-7.

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机,1999,29(2):3-7.

收稿日期：2004年12月30日

出版日期：2005年2月20日

《焊接设备高度检测故障诊断维修保养与标准规范实施手册》