实际上点焊过程的各工艺参数间并非孤立变化,常常变动其中一个参数会引起另一个参数的改变,彼此相互制约。改变焊接电流I、焊接时间了、电极压力F、电极工作面直径犇,都会影响焊接区的发热量,其中F和犇直接影响散热,而T和F与焊点塑性区大小有密切关系。增加J和了,降低F,使析热增多,可以增大熔核尺寸,这时若散热不良(如犇小)就可能发生飞溉、过热等现象;反之,则熔核尺寸小,甚至出现未焊透。
6.点焊时电流的分流
焊接时不通过焊接区而流经焊件其他部分的电流为分流。同一焊件上已焊的焊点对正在焊的焊点就能构成分流;焊接区外焊件间的接触点也能引起分流。
影响分流的因素很多,零件材料、结构、点距、表面状态和装配质量等都能影响分流的大小。实质上分流的大小是取决于焊接区的总电阻与分路电阻之比,分路电阻越小,则分流就越大。不希望产生分流现象,减小分流的常用措施有:
(1)选择合适的点距。焊点的点距应大于规定的最小点距。
(2)焊前清理焊件表面。表面的脏物使焊接区总电阻增大,因而使分流增大。
(3)提高装配质量。待焊区装配间隙大则电阻增大,使分流增加。因此焊接前要将两个金属表面整平以消除间隙,并用夹紧装置将工件夹紧(图7—7)。
(4)适当增加焊接电流,以补偿分流的影响。
四、电阻点焊机
电阻点焊机设备主要由变压器、控制器和带有可以互换的电极臂和电极头的焊枪组成。
1.变压器
变压器就是将初级电压为220V或380V的电源,转变成为只有2V或5V的次级电压,避免高电压电流焊接时可能造成的人身电击伤害。小型点焊机的变压器一般连接在焊机上,常用的点焊机的变压器一般安装在主机上,通过电缆与焊炬连接,安装在焊炬上的变压器电效率高,变压器与焊炬之间的焊接电流消耗较少,焊炬与变压器分离的点焊机的变压器功率必须大,而且还要使用较大的电流,以补偿变压器与焊炬之间的电缆电阻所造成的电力能耗,当使用加长型电极臂时,高强电流也会因臂的长度增加而降低。因此,在焊接时应及时调整焊机上的控制器,补偿相应的电能消耗。
(1)电阻焊电源变压器的特点
由于电阻焊工艺的特殊要求,电阻焊用电源变压器与常用变压器和弧焊变压器有所不同,它具有如下特点:
(1)电流大、电压低。电阻焊是用电阻热作为热源,由于焊件和焊机的电阻都很小(一般小于100—0),因而必须有足够大的电源才能获得应有的热量。常用焊接电流为2—40kA,铝合金构件点焊和钢轨对焊中可用到更大的电流(150—200kA)。因焊件和焊接回路电阻均在微欧数量级范围内,故变压器二次侧电压不高,固定式焊机通常在10V以内,悬挂式焊机因焊接回路长、范围宽,二次侧电压达24V左右。由于电阻焊要求焊接电流大、电压低,电阻焊用变压器二次绕组仅采用1匝(悬挂式或长机臂焊机采用两匝),故电阻焊机焊接回路导体尺寸比较大,并要求强制冷却。
(2)功率大、可调节。因焊件电阻小,焊接电流大,故电阻焊变压器容量皆大于50kW,大功率焊机变压器达1200kW。焊接不同焊件时,因材料物理性能、断面尺寸等不同,因而要求功率也不同。由于变压器二次绕组仅1匝或2匝,因此只能改变变压器一次绕组匝数,以改变焊接功率。一般将一次绕组分组,按功率大小分成4、8、16、20级等不同功率级数,倒数第二级为额定功率级,而最后一级留作网压不足时补偿之用。
(3)工作不连续、无空载运行。一般情况下,电阻焊变压器的开关置于一次绕组与电源线之间,将一次绕组接人网路前,焊件已被压紧在电极之中,焊接回路已闭合。电源一旦接通,变压器便在负载状态下运行,故一般无空载状态。焊件装卸、夹紧、焊接位置移动和焊接循环的顶压、保持、休止等程序,一般都不需要接通电源。因此,电阻焊变压器通电时间多是断续的。在工作间断时,变压器得以冷却,因而在功率相同情况下,可减少变压器尺寸。
电阻焊变压器通常采用改变一次绕组匝数来获得不同的二次电压(二次绕组如有2匝,也可用改变二次匝数作为辅助调节)。如果焊接回路阻抗不变,略去一些损失不计,改变次绕组匝数犖1,则使二次电压U2变化,从而改变了焊接电流h,即:
小功率电阻焊变压器调节方法,当接线由1级变至2—6级时,因所用匝数不同,故焊机功率变化,即焊接电流变化。
2.控制器
焊机控制器可调节变压器输出焊接电流的强弱和电压的高低,并可以调节出精确的焊接电流通过的时间,在焊接时间内,焊接电流被接通并通过被焊接的金属板,然后电流被切断。焊机控制器能够进行全范围的焊接电流调整,焊接时所需电流的大小,应由需要焊接的金属板的厚度和电极臂的长度来决定,当使用较短的焊极臂时,应减小焊接电流,当使用加长的电极臂时,必须增大焊接电流。
3.焊枪
焊枪是通过电极臂向被焊金属施加挤压力,并流入焊接电流,将电极压紧部位熔化。大多数电阻点焊机都带有一个加力机构装置,可以产生很大的电极压力来稳定焊接质量,这些加力机构有的是用弹簧的手动夹紧装置,有的是由气缸产生压力的气动夹紧装置,有的小型挤压型电阻点焊机不具备加力机构,是完全靠操作人员的手来控制压力的大小,它只适用于单面点焊。
(1)加压机构
电阻焊在焊接中需要对工件进行加压,所以加压机构是点焊机中的重要组成部分。为了保证焊接质量,加压机构应力求满足下列要求:
(1)加压机构刚性要好,不致在加压中因机臂刚性不足而发生挠曲,或因导柱失去稳定而引起上下电极错位。
(2)加压、消压动作灵活、轻便、迅速。
(3)加压机构应有良好的工艺性,适应焊件工艺特性的要求。
(4)焊接开始时,能快速地将预压力全部压上,而焊接过程中压力应稳定,焊件厚度变化时,压力波动要小。
(2)电极
电极工作条件复杂,其寿命与焊接质量首先由材料决定。电极材料应满足下列要求:
(1)在高温与常温下都有合适的导电、导热性。
(2)有足够的高温强度和硬度。
(3)常温与高温下具有高的抗氧化能力,并且与焊件材料形成合金倾向小。
(4)加工制造方便,价格便宜。
不同焊件材料与结构,对电极材料性能要求并不一致。对合金钢,特别是高温合金要求电极材料的主要性能是热强度稳定性;对轻合金则是导电性、导热性,突出了不同情况下的主要要求,以作为选择电极材料的依据。
电极材料主要是加人Cr、Cd、Be、Al、Zn、Mg等合金元素的铜合金来加工制作的。
车身修理所使用的大多数焊枪随着焊臂的加长,焊接压力会减小,焊接质量会下降。当配备100mm或更短的缩短型电极臂时,其最大焊接能力达两层2.5mm厚的钢板。一般要求配有加长型或宽距离电极臂的焊接机至少可焊接两层1mm厚的钢板。
用于整体式车身修理的电阻电焊机可带有全范围的可更换电极臂装置,能够焊接车身上各个部位的板件。各种电极臂的选用可以焊接汽车上的大多数难以焊接的部位,例如轮口边缘、流水槽、后灯孔,以及地板、车门槛板、窗洞、门洞和其他焊接部位。修理人员在修理车身焊接作业时,应查阅修理手册寻找合适的专用电极臂,以便对汽车上难以焊接的部位进行焊接。
五、不等厚度材料的电阻点焊
当进行不等厚度的材料点焊时,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。
防止熔核偏移的原则:增加薄板或导电、导热好的工件的产热,加强厚板或导电、导热差的工件的散热。常用方法有:
(1)采用强规范。加大工件间接触电阻产热的影响,降低电极散热的影响。例如用电容储能电阻点焊机。
(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,以增加这一侧的电流密度,并减少电极散热的影响。
(3)采用不同的电极材料。在薄板或导电、导热性好的工件一侧采用导热性较差的铜合金,以减少这一侧的热损失。
(4)采用工艺垫片。在薄件或导电、导热性好的工件一侧,垫一块由导热性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。
六、电阻点焊常见质量问题及原因分析
七、单面点焊在操作中应注意的问题
(1)在进行单面点焊之前,应彻底清除焊件的表面,如果新的替换件上涂有底漆,要用粗砂纸磨掉金属板两面的底漆,并沿着焊缝打磨。如果金属板上涂的不是底漆而是防锈薄膜,只需用干净的抹布蘸一些溶剂将焊缝两边擦拭干净即可。
(2)用大力钳将所有的凸缘接头固定在一起。焊接部位应靠近钳口处。
(3)对于搭接接头,可用一些金属薄板螺钉对金属板进行定位,然后进行点焊。注意要除掉接头的油漆等污物,才可以进行焊接操作。
(4)在较长的拼接件上进行点焊时,要先从金属板的中间开始,然后沿着一个方向进行焊接。例如,从金属板的中间开始到门柱,然后再从中间开始到后灯部位进行焊接,这样会防止金属板的变形。
(5)要清除新切割的金属板上的毛刺,以确保两层金属板之间能够很好地接触。毛刺和凹痕会使两个相互配合的工件之间产生间隙,妨碍金属之间的可靠接触。
(6)不管单电极还是双电极的单面点焊都只能用在非结构性的工件焊接上,不能用于车身结构性工件的焊接。
对于电阻点焊机所具有的外形修复机的功能,与板件修复所介绍的外形修复机操作没有区别,这里就不再赘述。
—任务实施
一、准备工作
(1)电阻点焊机及配套设备。
(2)打磨机、除油剂、清洁布、防锈底漆。
(3)材料规格150X50X1.2mmQ235冷轧板。
(4)钣金钳、钢丝钳、钳工台、錾子(凿子)、钣金锤。
二、操作步骤
1.安全防护
按规范穿戴好焊接工作服、工作帽、安全鞋、绝缘手套。
2.工件焊接表面的清洁处理
首先确定需焊接的表面,原则是避开弯角部位(图7—13)且不能在原来的焊点上再次进行焊接。
其次对板件进行清洁。污染物会减小电流强度而使焊接质量降低,所以要将这些物质从焊接的表面上清除掉。
试验样板表面要求平整,否则先敲平,并用清洁布蘸除油剂进行清洁。
车身板表面上的油漆层、锈斑使用打磨机打磨至金属表面,并将不平的表面敲平,然后使用除油剂进行清洁。
新的替换件上涂有底漆,要用粗砂纸磨掉金属板两面的底漆,注意不要磨掉镀锌层。如果金属板上涂的不是底漆而是防锈薄膜,只需用干净的抹布蘸一些除油剂将焊缝的两边擦拭干净即可。
3.工件焊接表面的防锈处理
在待焊金属表面均匀地涂上导电系数高的防锈底漆(包括端面,图7—15)进行防锈处理。
4.固定板件
使用钣金钳将样板固定到焊接工作台上;对于车身上的板件使用钣金钳将板件夹紧。
注意板件之间要没有缝隙,否则会降低焊接强度。
5.确定焊点数量、焊接间距和边距
修理厂的焊点数量比制造厂多30%(点焊机功率较制造厂小),但焊点距离不能小于规定的最小焊点间距犛及边距P(表7—2)。点距影响电流的分流,边距影响焊接强度。
另外焊点到板件端部的距离不够大,也会降低焊接点的弓到端部的距离应符合表7—3的要求。
确定好焊点的位置后用铅笔在板件上做好相应的标记,确保焊接时焊在正确的点位。
6.选择和调整电极臂
选择合适形状的电极臂,选用的原则是如果有多个电极臂可用于同一部位的焊接,则尽量选择最短的电极臂。
7.选择和调整电极头
选择合适直径的电极头,将电极头和电极臂完全上紧,防止焊接过程中松动。将上下两个电极头对准在同一轴线上。
在开始操作前,用锉刀将电极头表面的燃烧生成物和杂质锉掉。电极头端部的杂质将会增加焊接时的电阻,导致焊接质量下降。如果电极头端部损坏,要用电极头端部清理工具进行整形。
8.调整电流大小及焊接时间
根据焊机的说明书调节好电流及通电时间,如果焊接的是镀锌板,应将电流强度提高10%—20%以补偿电流强度的损失。
9.试焊样板
开始对样板进行试焊,操作时注意以下要点:
(1)保证电极和金属板的夹角为90°,角度偏斜会造成电流强度减小、降低焊接强度。
(2)焊接两层以上的金属板时,应在同一焊点进行两次点焊和加大焊接电流(图7—20)。
(3)注意焊接顺序。不要只沿着一个方向连续地进行焊接操作。这种方法会使电流产生分流而降低焊接质量。应按图7—21所示的正确顺序进行焊接。
(4)防止电极过热。当电极头发热并改变颜色时,应停止焊接使其冷却。连续焊接一段时间以后,电缆线和电极头端部会因为散热不好而造成过热。这将使电极头端部过早地损坏而增大电阻,并引起焊接电流急剧下降。在使用没有强制冷却(循环水冷却)的电极头操作时,应在焊接5—6次后,让电极头端部冷却后再进行焊接。
10.检验样板
等待样板冷却后,按照对样板的技术标准进行外观检验和破坏性检验。
11.重新调整参数
重新调整焊接参数,按照上述的方法进行试焊,再次对样板进行检验。符合要求后正式焊接。
二、质量检査
焊点质量的检验可采用外观检验(目测)或破坏性试验。破坏性试验用于检验焊接的强度,而外观检验则是通过外观判断焊接质量。
1.外观检验
用肉眼看和手摸来检验焊接处的表面,有下列项目需要检验。
(1)焊接位置。焊点的位置应在板件边缘的中心,不可超过边缘,还要避免在原有的焊接过的焊点位置进行焊接。
(2)焊点的数量。焊点的数量应大于汽车制造厂焊点数量的1.3倍。例如,原来在制造厂点焊的焊点数量为4,4的1.3倍大约为5个新的修理焊点。
(3)焊点间距。修理时的焊接间距应略小于汽车制造厂的焊接间距,焊点应均匀分布。间距的最小值,以不产生分流电流为原则。
(4)压痕(电极头压痕)。焊接表面的压痕深度不能超过金属板厚度的一半,电极头不能焊偏产生电极头孔。
(5)气孔。不能有肉眼可以看见的气孔。
(6)溅出物。用纱手套在焊接表面擦过时,不应被绊住。