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、通電加熱和冷卻結晶三個連續階段所組成。
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生的熱量加熱。這時,在熱和機械(力)作用下形成塑性環、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。在焊點核心內的熔化金屬被塑性環包圍,如果這個環不夠緊,部分液態金屬就會溢出,形成金屬飛濺。
3. 冷卻結晶階段
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,液態熔核在電極壓力作用下冷卻結晶。熔核結晶是在封閉的金屬模內進行的,結晶時不能自由收縮,用電極擠壓就可使正在結晶的金屬變得致密,使之不易產生縮孔或裂縫。因此,電極壓力在焊接電流斷開、熔核金屬全部結晶后才能解除。
由于材質和焊接規范特征的不同,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)和結晶溫度區間窄的合金(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部,施焊困難;(h)所示的接頭的分流現象嚴重,會影響焊接質量。
3. 焊件表面清理
焊件表面狀態對焊點大小、強度和表面質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酸洗或機械清理后,焊件的接觸面應有一定的接觸電阻。不銹鋼還可用電拋光清理待焊表面。
4. 點焊規范參數的選擇
點焊規范參數主要有: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,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、短通電時間參數時稱為項規范;而采用小焊接電流、長通電時間參數時稱為軟規范。
硬規范的特點:生產率高,電極磨損少,焊件表面壓坑淺,熱影響區小,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,均不宜用硬規范。
軟規范的特點:加熱平穩,焊接質量對規范參數波動的敏感性低,焊點強度穩定;溫度場分布平緩、塑性區寬,在壓力作用下易變形,可減少熔核內噴濺、縮孔和裂紋傾向;對有淬硬傾向的材料,軟規范可減少接頭冷裂紋傾向;所用設備容量小,控制精度不高,因而較便宜。但是,軟規范易造成焊點壓痕深、接頭變形大,表面質量差;電極磨損快、生產效率低。
一般硬規范適用于鋁合金、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生噴濺為主要特征。根據這一原則制定的焊接電流(I)、電極壓力(Fw)關系曲線稱為噴濺臨界曲線(見圖6-23).曲線左半區為無噴濺區,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)范圍過寬,導致焊接質量不穩定。曲線右半區為噴濺區,因為電極壓力不足,加熱過快而引起噴濺。當規范選在噴濺臨界曲線附近(無噴濺區內)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,也提高了經濟效果。
焊接規范的最后確定主要是用實驗法,即先借用經驗數據→試焊→檢驗→確定。
③. 應用范圍
點焊廣泛應用在電子、儀表、家用電器的組合件連接上,同時也大量應用于建筑工程、交通運輸及航空航天工業中的沖壓件、金屬構件和鋼筋網的焊接。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。