凸焊接头性能的影响因素

沈阳华润三洋压缩机有限公司 才坤

罗克韦尔自动化有限公司 李光辉

沈阳华润三洋压缩机有限公司 张执

凸焊接头性能的影响因素

沈阳华润三洋压缩机有限公司 才坤

罗克韦尔自动化有限公司 李光辉

沈阳华润三洋压缩机有限公司 张执

凸焊在焊接方法中属于压力焊中的电阻焊，是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过凸点的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。凸焊在我们公司中应用也很多，接线端子、螺栓、底座、托架焊接都属于凸焊。日常工作中，时常会发现有焊接强度不足、凸点移位、焊接飞溅较大等焊接缺陷，造成这些缺陷的原因是多方面的，下面就对凸焊接头性能的影响因素作一个简单的分析。

一、凸焊的物理本质

凸焊的物理本质是利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒，而得到焊点。因此，适当的热和机械作用是获得凸焊优质焊点的基本条件。

二、凸焊的工艺流程

在一般的凸焊焊接循环条件下，焊点的形成过程是由预压、通电加热和冷却结晶3个连续阶段所组成的。

1．预压阶段。在电极压力作用下，凸点与被焊板材表面紧密贴合并产生变形。此阶段的作用是清除一部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理接触点，这就为以后焊接电流的顺利通过及表面原子的键合做好准备。

2．通电加热阶段。该阶段的作用是在热与机械力作用下形成塑性环、熔核并随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。

3．冷却结晶阶段。切断焊接电流，熔核在压力作用下开始冷却。

三、凸焊工艺参数的选择

从凸焊的工艺流程来看，凸焊的主要工艺参数是电极压力、焊接电流和焊接时间。

1．电极压力。凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能、凸点的尺寸和凸点数量等。电极压力应足以在凸点达到焊接温度时，将其完全压溃，并使两工件紧紧贴合。电极压力过大会过早地压溃凸点，失去凸点的作用，同时因电流密度减小而降低接头强度，压力过小将使通电前凸点预变形量太小，凸点贴合面电流密度显著增大，造成严重飞溅，甚至烧穿焊件。因此凸焊机的随动性越高越好，提高随动性的方法主要是减小加压系统可动部分的质量，以及在导向部分采用滚动摩擦。

2．焊接电流。焊接电流是最重要的凸焊参数。对于给定的工件材料和凸点尺寸，焊接电流并非越大越好。此外，电流密度对加热也有显著影响。如果焊点出现分流、电极接触面积增大等都会降低电流密度，从而使接头强度显著下降。

3．焊接时间。焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定。与电极压力和焊接电流相比，焊接时间是次要的，在确定合适的电极压力和焊接电流后，再调节焊接时间以获得满意的焊点。如想缩短焊接时间，就要相应增大焊接电流，但过分增大焊接电流可能引起金属过热和飞溅，通常凸焊的焊接时间比点焊长，而电流比点焊小。

4．焊接电流与焊接时间的匹配。一般情况下，增加焊接电流或焊接时间都会增加焊接时的热输入量，从而有利于增加接头的熔核尺寸。但过大的焊接电流或焊接时间会使凸点容易产生偏移，从而使强度降低。在焊接低碳钢板材时，一般选用大焊接电流短焊接时间的硬规范。

5．焊接电流和电极压力的匹配。这种匹配是以焊接过程中不产生飞溅为主要特征，一般认为在增大电极压力的同时适当加大焊接电流以维持焊接区加热程度不变。

四、凸点设计

凸点的作用是将电流和压力局限在工件的特定位置上，其形状和尺寸取决于应用的场合和需要的焊点强度。通常情况下多采用圆球形凸点，多点凸焊时，凸点高度不一致将引起各点电流不平衡，使接头强度不稳定，一般凸点高度误差应不超过±0.10mm。

五、电极材料的选用和设计

凸焊机上的电极是凸焊机上的重要部件，在焊接过程中，电流和压力都是通过它传递的其物理性能的好坏直接影响到焊接质量的优劣。所以在电极材料的选用上，一般选用高强度、高硬度的Cu-Cr-Zr合金电极材料或者Cu-Be-Ni合金电极材料。由于这两种材料的电阻率ρ和热导率ω比较偏高，所以在使用中，要采用强制水冷方式加以冷却。

在电极的设计上，要根据加工工件的实际形状来确定电极的形状。既要有利于工件加工，又要有利于冷却降温，而且电极的接触面必须足够大，要超过全部凸点的边界，超出量一般至少应相当于一个凸点直径。

六、凸焊机的选用和维护保养

凸焊时，电极必须随着凸点的被压溃而迅速下降，否则会因为失压而产生飞溅，所以应采用电极随动性好的凸焊机。

为了防止凸点移位，除在保证正常熔核的条件下，选用较大的电极压力，较小的焊接电流外，还应尽可能地提高加压系统的随动性。提高随动性的方法主要是减小加压系统可动部分的质量，另外还可以采用弹簧和减少导轨阻力，使随动性获得提高。

凸焊机设备的维护和保养，对焊接质量起着至关重要的作用。部分单位所用的凸焊机多为次级整流式凸焊机（这类焊机次级为直流回路，感抗可以忽略。当输出相同电流时，焊机的功率因素大大提高，可达到0.8～0.9。直流电流通过强磁性金属，所产生的集束效应使焊点成型好、穿透力强）主要包括机械部分（加压机构、冷却系统、机身）和电气部分（焊接回路、阻焊变压器、主电力开关、功率调节机构、控制设备）。

在日常设备的维护和保养过程中，机械部分中的加压机构、冷却系统，电气部分中的焊接回路、阻焊变压器都需要重点检查和维护。