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湖北工业大学毕业设计（论文）

（缩孔、缩松、热裂）的产生；随机多脉冲回火热处理（回火脉冲次数n≥3），以防止点焊接头显微组织缺陷（硬脆马氏体、过烧组织）的处理，以及准确控制点焊接头组织及其分布特征，使接头高应力区获得完全回火处理。该工艺与通常采用的双脉冲点焊工艺相比，可显著提高接头强度和疲劳性能—[17]。

1.4 本文研究的内容以及方案

综上所述，铝合金电阻点焊加工工艺的研究是解决铝合金电阻点焊问题的基础和关键，根据目前国内外铝合金电阻点焊领域科学研究的现状和存在的问题，确定了本文的研究目的，方法和内容。

本文在总结前人工作的基础上，分析了铝合金电阻点焊的特点以及缺陷，设计试验分析了不同焊接参数对铝合金电阻焊焊接接头的影响，使用正交设计的实验方法来研究铝合金的点焊质量以及电阻点焊工艺参数对铝合金点焊接质量的影响，获得最佳焊接工艺参数，完成铝合金电阻点焊的加工工艺设计。我们先要了解电阻点焊的焊接特性及其原理，熟悉影响电阻点焊质量的焊接工艺因素；其次，借鉴国内外的研究成果，对铝合金的焊接性进行评估；接下来研究电阻点焊工艺参数对铝合金焊接质量的影响；最后通过以上分析，完成铝合金电阻点焊的工艺设计研究。

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第二章 铝合金电阻点焊工艺特点分析

2.1 电阻点焊的原理及特点

电阻点焊是在电极压力的作用下，通过电阻热加热熔化金属，断电后在压力下结晶而

形成焊点的工艺方法。每焊接一个焊点称为一个焊接循环。

1．阻焊变压器 2.电极 3.焊件 4.熔核

图2-1 电阻点焊原理图

2.1.1 焊点的形成

点焊的形成可以分为彼此相连的三个阶段：预加压力，通电加热和锻压。

（1） 预加压力阶段

预加压力是为了使焊件在焊接处紧密接触。若压力不足，则接触电阻过大，导致焊件烧穿或将电极工作面烧损。因此，通电前电极压力应达到预定值，以保证电极和焊件，焊件和焊件之间的接触电阻保持稳定。

（2） 通电加热阶段

通电加热时为了供焊件之间形成所需的熔化核心。在预加电极压力下通电，则在两电极解除表面之间的金属圆柱体内有最大的电流密度，靠焊件之间的接触电阻和焊件自身的电阻，产生相当大的热量，温度也很高。尤其是在焊件之间的接触面处温度很高首先熔化，

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形成熔化核心。电极与焊件之间的接触电阻也产生热量，但大部分被水冷的铜合金电机带走，于是电极与焊件之间接触处的温度远比焊件之间接触处低，正常情况下是达不到熔化温度的。在圆柱体周围的金属因电流密度小，温度不高，其中靠近熔化核心的金属温度较高，达到塑性状态，在压力作用下产生焊接，形成一个塑性金属环，紧密的包围着熔化核心，不使熔化金属向外溢出。

在通电加热过程中有两种情况可能引起飞溅：一种是开始时电极预压力过小，熔化核心周围未形成塑性金属环热向外飞溅；另一种是加热结束时，因加热时间过长，熔化核心过大，在电极压力下，塑性金属环发生崩溃，熔化金属从焊件之间或焊件表面溢出。 （3）锻压阶段

锻压是在切断焊接电流后，电极继续对焊点挤压的过程，对焊点起着压实作用。断电后，熔化核心是在封闭的金属壳内开始冷却结晶的，收缩不自由。如果此时没有压力作用，焊点易出现缩孔和裂纹，影响焊点强度。如果有电极压挤，产生的压挤变形使熔核收缩自由并变得密实。因此电极压力必须在断电后继续维持到熔核金属全部凝固之后才能解除。锻压持续时间视焊件厚度而定，对于厚度1-8mm的钢板一般为0.1s-0.2s。

当焊件厚度较大（铝合金为1.6-2mm）时，因熔核周围金属壳较厚，常需增加锻压力。加大压力时间需控制好，过早会把熔化金属挤出来变成飞溅，过晚熔化金属已凝固失去作用。一般断电后0-0.2s内加大锻压力。

以上是焊点的形成的一般过程。在实际生产中，往往根据不同材料，结构以及对焊接质量的要求，采用一些特殊的工艺措施。例如，对热裂纹倾向较大的材料，可采用附加冷脉冲的点焊工艺，以降低熔核的凝固速度；对调制材料的焊接，可在两电极之间做焊后热处理，以改善因快速加热，冷却而产生的脆性淬火组织；在加压方面，可以采用马鞍形，阶梯型或多次阶梯型等电极压力循环换，以满足不同质量要求的零件焊接—[12]。

2.1.2 点焊的工艺参数

点焊的工艺参数通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件选取。首先确定电极的断面形状和尺寸；其次初步选定电极压力和焊接时间。然后调节焊接电流，以不同的电流焊接式样，经检验熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行式样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为

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止。

点焊有时也应用于连接厚度达6mm或更厚的金属板，但与熔焊的对接接头相比较，接头的承载能力低，搭接接头增加了构件的重量和成本，且需要昂贵的特殊焊机，因而是不经济的—[8]。

2.1.3 点焊的焊接循环

电阻点焊过程中，焊接循环由4个基本阶段组成:

（1）预压时间——自电极开始下降到焊接电流开始接通的时间。这一时间是为了确保在通电之前电极压紧工件，使焊接区各接触面压力达到设定的稳态值。

（2）焊接时间——焊接电流通过工件的持续时间。在该时间内焊接区被加热并形成熔核。

（3）维持时间——焊接电流切断后，电极压力继续保持的时间。该时间使熔核在一定压力下冷却凝固至具有足够强度。

（4）休止时间——连续点焊时，自电极开始提起到再次开始下降的时间。该时间内电极离开工件，使操作人员得以移动工件准备焊接下一点。

通电焊接必须在电极压力达到稳定值后进行，否则可能因压力过低而喷溅，或者因各点压力不一致而影响加热，造成焊点强度波动。

电极提起必须在电流全部切断之后，否则电极工件间将引起电弧，烧伤工件。这一点在直流脉冲焊机上尤为重要。为了改善接头的性能，有时需要将下列各项中的一项或多项加于基本循环。

1）加大预压力以消除厚工件的间隙，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、防止喷溅。 3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹和缩孔。

2.1.4 点焊的应用

点焊广泛用于汽车驾驶室，金属车厢腹板，家具等低碳钢产品的焊接。在航空航天工业中，多用于连接飞机，发动机，火箭，导弹中由合金钢，不锈钢，铝合金，等材料制成的部件。

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2.2 铝合金电阻点焊的工艺特点

2.2.1 焊接性能分析

和低碳钢相比，铝的膨胀系数，熔化潜热和热容量都大 ，熔点为657℃，ρ=2.72g/cm ，纯铝无同素异构变化，不能用热处理来改变性能，但对杂志很敏感，有少量的铁或硅就易在晶界上生成复杂化合物或共晶体，严重影响耐腐蚀性。

（1）强氧化性能：铝极易氧化生成Al2O3,它是一层难溶的硬模。其熔点高达2050℃，ρ=3.85g/cm，对内部能起保护作用。这也是铝具有耐蚀性的重要原因。焊接时氧化更加剧烈，一方面妨碍熔池内液体金属的正常流动，另一方面因此比重大于液体铝而下沉变成夹渣，损害焊缝金属耐蚀性，熔核面上若生成氧化膜，则阻隔了工件与焊缝金属熔融，无法焊接。

（2）热裂纹：铝的线膨胀系数为低碳钢的2倍，而凝固时的收缩率又比钢大2倍，因此焊接时会产生较大的应力。当铝成分中的杂质超过规定范围时，在熔池中将形成较多的低熔点共晶。两者共同作用的结果，在焊缝中就容易产生热裂纹。防止热裂纹产生应根据结构形式采用不同的焊接接头形式和合理的焊接规范以及锤击焊缝等措施，可防止热裂纹的产生。

（3）焊接熔透性：纯铝的导热性约为低碳钢的5倍，热损较大，另外铝的热容量大，熔化潜热大，焊接时需要更高的线能量，需要大功率或能量集中的热源，并且需要预热，板厚度增加时熔透问题更加突出。为了达到高质量的焊接接头，必须采用能量集中，功率大的热源，必要时并采取预热等措施。

（4）气孔：铝熔池凝固速度快，熔池液体金属比重低，熔池内的夹杂物受到的浮力小，难于浮出而存在焊缝中，使气孔和夹渣倾向加大。铝焊缝中的气孔主要是高温铝水吸入的氢气，氢则来源于各种潮气，能溶于液态铝，但几乎不溶于固态铝，熔池结晶时，液态铝中的氢气会大量析出，形成气泡，从而出现气孔。

（5） 烧穿：铝的固态和液态色泽不易区别，高温度强度极低，焊接时掌握困难，易引起金属烧穿，导致塌陷或下漏。

(6) 焊缝强度低：焊接时由于热影响区受热而发生软化，致使强度下降。此外铝的焊接过程中，易产生焊接变形，主要原因是线膨胀系数大。减少焊接变形，焊接过程中应选

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