點焊是指將焊件裝配成搭接接頭,并壓緊在兩電極之間,利用電阻熱熔化母材金屬,形成焊點的電阻焊方法,見圖6-21。
一、焊點形成過程
焊點形成過程是由預壓、通電加熱和冷卻結(jié)晶三個連續(xù)階段所組成。
1. 預壓階段
焊件在點焊機電極間頂先擠壓,其作用是在焊件的焊接處形成緊密的接觸點,為此,電極壓力在焊接電流接通前即應(yīng)達到滿值。如果在通電加熱時的電極壓力不夠大,則接觸電阻很大,接觸點處的金屬很快熔化,以火花形式飛濺出來,產(chǎn)生所謂初期飛濺。這時工件可能被燒穿,電極可能被燒壞。
2. 通電加熱階段
被擠壓在電極之間的焊件,靠電流通過接觸電阻及工件本身電阻所產(chǎn)生的熱量加熱。這時,在熱和機械(力)作用下形成塑性環(huán)、熔核,并隨著通電加熱的進行而長大,直到獲得需要的熔核尺寸。在焊點核心內(nèi)的熔化金屬被塑性環(huán)包圍,如果這個環(huán)不夠緊,部分液態(tài)金屬就會溢出,形成金屬飛濺。
3. 冷卻結(jié)晶階段
該階段又稱鍛壓階段。當熔核達到合格的形狀與尺寸后,切斷焊接電流,液態(tài)熔核在電極壓力作用下冷卻結(jié)晶。熔核結(jié)晶是在封閉的金屬模內(nèi)進行的,結(jié)晶時不能自由收縮,用電極擠壓就可使正在結(jié)晶的金屬變得致密,使之不易產(chǎn)生縮孔或裂縫。因此,電極壓力在焊接電流斷開、熔核金屬全部結(jié)晶后才能解除。
由于材質(zhì)和焊接規(guī)范特征的不同,熔核的凝固組織可有三種:柱狀組織、等軸組織、柱狀+等軸組織。純金屬(如鎳、鉬等)和結(jié)晶溫度區(qū)間窄的合金(碳鋼、合金鋼、鈦合金等),其熔核組織為柱狀組織;鋁合金等其熔核為“柱狀十等軸”組織,熔核完全是等軸組織的情況極少。
二、點焊工藝
1. 點焊種類及選用
點焊的種類有:工頻、交流點焊,用于各種鋼材、鋁及其合金一般件焊接;電容儲能點焊,用于異種金屬、鋁及其合金不等厚度及精密件和重要件的焊接;直流沖擊波點焊,用于鋁及其合金焊接;低頻交流點焊,用于大型磁性件焊接。
2. 點焊接頭類型
點焊的接頭類型要充分考慮到點焊機電極能接近焊件,做到施焊方便,加熱可靠。如圖6-22(a)~(d)所示的是合理的接頭;(e)、(g)所示的接頭難以用一般電極施焊;(f)所示的接頭必須將電極伸人工件內(nèi)部,施焊困難;(h)所示的接頭的分流現(xiàn)象嚴重,會影響焊接質(zhì)量。
3. 焊件表面清理
焊件表面狀態(tài)對焊點大小、強度和表面質(zhì)量以及電極壽命有直接影響。電極與焊件、焊件與焊件的接觸面均需清理。各種鋼材可用酸洗、噴砂或機械法清理。鋁合金等有色金屬經(jīng)酸洗或機械清理后,焊件的接觸面應(yīng)有一定的接觸電阻。不銹鋼還可用電拋光清理待焊表面。
4. 點焊規(guī)范參數(shù)的選擇
點焊規(guī)范參數(shù)主要有:焊接電流、通電時間、電極壓力和電極頭尺寸。一般焊各種鋼用平頭電極,焊鋁或鈦合金用球面電極。當電極材料、端面形狀及尺寸選定以后,焊接規(guī)范的選擇主要是考慮焊接電流、通電時間和電極壓力這三個參數(shù),它們是形成點焊接頭的三大要素,其相互配合可有兩種方式。
①. 焊接電流和通電時間的配合
這種配合以反映焊接區(qū)加熱道度快慢為主要特征。當采用大焊接電流、短通電時間參數(shù)時稱為項規(guī)范;而采用小焊接電流、長通電時間參數(shù)時稱為軟規(guī)范。
硬規(guī)范的特點:生產(chǎn)率高,電極磨損少,焊件表面壓坑淺,熱影響區(qū)小,焊接變形小。但是由于焊接電流大,對通電時間必須精確控制。如果通電時間稍發(fā)生變化,就有可能引起加熱不足或過燒,嚴重影響焊點強度。當焊機功率不足和焊接淬硬傾向較大的材料(如低合金高強度鋼)時,均不宜用硬規(guī)范。
軟規(guī)范的特點:加熱平穩(wěn),焊接質(zhì)量對規(guī)范參數(shù)波動的敏感性低,焊點強度穩(wěn)定;溫度場分布平緩、塑性區(qū)寬,在壓力作用下易變形,可減少熔核內(nèi)噴濺、縮孔和裂紋傾向;對有淬硬傾向的材料,軟規(guī)范可減少接頭冷裂紋傾向;所用設(shè)備容量小,控制精度不高,因而較便宜。但是,軟規(guī)范易造成焊點壓痕深、接頭變形大,表面質(zhì)量差;電極磨損快、生產(chǎn)效率低。
一般硬規(guī)范適用于鋁合金、奧氏體不銹鋼、低碳鋼及不等厚度板材的焊接,而軟規(guī)范適用于低合金鋼、可淬硬鋼+耐熱合金及鈦合金等。
②. 焊接電流和電極壓力(Fo)的配合
這種配合以焊接過程中不產(chǎn)生噴濺為主要特征。根據(jù)這一原則制定的焊接電流(I)、電極壓力(Fw)關(guān)系曲線稱為噴濺臨界曲線(見圖6-23).曲線左半?yún)^(qū)為無噴濺區(qū),這里Fw大而I小,但焊接壓力選擇過大會造成固相焊接(塑性環(huán))范圍過寬,導致焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。曲線右半?yún)^(qū)為噴濺區(qū),因為電極壓力不足,加熱過快而引起噴濺。當規(guī)范選在噴濺臨界曲線附近(無噴濺區(qū)內(nèi))時,可獲得最大熔核和最高拉伸載荷。同時,由于降低了焊機機械功率,也提高了經(jīng)濟效果。
焊接規(guī)范的最后確定主要是用實驗法,即先借用經(jīng)驗數(shù)據(jù)→試焊→檢驗→確定。
③. 應(yīng)用范圍
點焊廣泛應(yīng)用在電子、儀表、家用電器的組合件連接上,同時也大量應(yīng)用于建筑工程、交通運輸及航空航天工業(yè)中的沖壓件、金屬構(gòu)件和鋼筋網(wǎng)的焊接。目前,從以微米計的微型電子電路到厚達(3.0+0.0)mm的巨型房框架都可采用點焊連接。