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凸焊工藝與方法

    凸焊主要用于焊接低碳鋼和低合金鋼的沖壓件。凸焊的種類很多，除板件凸焊外，還有螺帽、螺釘類零件的凸焊、線材交叉凸焊、管子凸焊和板材T型凸焊等。

    板件凸焊最適宜的厚度為0.5-4mm。焊接更薄的板件時(shí)，凸點(diǎn)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，需要隨動(dòng)性極好的焊機(jī)，因此厚度小于0.25mm的板件更易于采用點(diǎn)焊。

   凸焊與點(diǎn)焊相比還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    1）在一個(gè)焊接循環(huán)內(nèi)可同時(shí)焊接多個(gè)焊點(diǎn)。不僅生產(chǎn)率高，而且沒有分流影響。因此可在窄小的部位上布置焊點(diǎn)而不受點(diǎn)距的限制。

    2）由于電流密度集于凸點(diǎn)，電流密度大，故可用較小的電流進(jìn)行焊接，并能可靠地形成較小的熔核。在點(diǎn)焊時(shí)，對(duì)應(yīng)于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困難的。

    3）凸點(diǎn)的位置準(zhǔn)確、尺寸一致，各點(diǎn)的強(qiáng)度比較均勻。因此對(duì)于給定的強(qiáng)度、凸焊焊點(diǎn)的尺寸可以小于點(diǎn)焊。

    4）由于采用大平面電極，且凸點(diǎn)設(shè)置在一個(gè)工件上，所以可最大限度地減輕另一工件外露表面上的壓痕。同時(shí)大平面電極的的電流密度小、散熱好，電極的磨損要比點(diǎn)焊小得多，因而大大降低了電極的保養(yǎng)和維修費(fèi)用。

    5）與點(diǎn)焊相比，工件表面的油、銹、氧化皮、鍍層和其他涂層對(duì)凸焊的影響較小，但干凈的表面仍能獲得較穩(wěn)定的質(zhì)量。

    凸焊的不足之處是需要沖制凸焊的附加工序；電極比較復(fù)雜；由于一次要焊多個(gè)焊點(diǎn)，需要使用高電極壓力、高機(jī)械精度的大功率焊機(jī)。

    由于凸焊有上述多種優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了極廣泛的應(yīng)用。

凸焊電極、模具和夾具

一、電極材料

    凸焊電極通常采用2類電極合金制造，因?yàn)檫@類電極合金在電導(dǎo)率、強(qiáng)度、硬度和耐熱性等方面具有最好的綜合性能。3類電極合金也能滿足要求。

二、電極設(shè)計(jì)

    凸焊電極有三種基本類型：

    1）點(diǎn)焊用的圓形平頭電極

    2）大平頭棒狀電極

    3）具有一組局部接觸面的電極，即將電極在接觸部位加工出凸起接觸面，或?qū)⑤^硬的銅合金嵌塊用釬焊或緊固方法固定于電極的接觸部位。

    標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)焊電極用于單點(diǎn)凸焊時(shí)。為了減輕工件表面壓痕，電極接觸面直徑應(yīng)不小于凸點(diǎn)直徑的兩倍。

    大平頭棒狀電極用于局部位置的多點(diǎn)凸焊。例如加強(qiáng)墊圈的凸焊，一次可焊4-6點(diǎn)。這種電極的接觸面必須足夠大，要超過全部凸點(diǎn)的邊界，超出量一般應(yīng)相當(dāng)于一個(gè)凸點(diǎn)的直徑。這種電極一般可裝在大功率點(diǎn)焊機(jī)上。

  三、焊接模具和夾具

    焊接模具用于保持和夾緊工件于適當(dāng)位置，同時(shí)也用作電極，夾具是不導(dǎo)電的輔助定位裝置。對(duì)于小工件，電極和定位夾具通常是一體的。橫簧夾的作用是將螺栓固定于上電極中，為防止分流，插入電極的固定銷須用非金屬材料。

    其他類型的待焊工件也可用彈簧夾固定在上電極上。在條件許可用真空吸附的方法使工件保持在上電極中。有時(shí)也可用一個(gè)移動(dòng)裝置將小工件夾住并送入待焊部位。

    大型凸焊構(gòu)件需要復(fù)雜得多的焊接模具和夾具，以滿足定位，加緊和導(dǎo)電的需要。

   凸焊的工藝特點(diǎn)和工藝參數(shù)

一、凸焊的工藝特點(diǎn)

    凸焊是點(diǎn)焊的一種變形，通常是在兩板件之一上沖出凸點(diǎn)，然后進(jìn)行焊接。由于電流集中，克服了點(diǎn)焊時(shí)熔核偏移的缺點(diǎn)，因而凸焊時(shí)工件的厚度比可以超過6:1。

    凸焊時(shí)，電極必須隨著凸點(diǎn)的被壓饋而迅速下降，否則會(huì)因失壓而產(chǎn)生飛濺，所以應(yīng)采用電極隨動(dòng)性好的凸焊機(jī)。

    多點(diǎn)凸焊時(shí)，如果焊接條件不適當(dāng)，會(huì)引起凸點(diǎn)移位現(xiàn)象，并導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低。實(shí)驗(yàn)證明，移位是由電流通過時(shí)的電磁力引起的。

    在實(shí)際焊接時(shí)，由于凸點(diǎn)高度不一致，上下電極平行度差，一點(diǎn)固定一點(diǎn)移動(dòng)要比兩點(diǎn)同時(shí)移動(dòng)的情況多。

    為了防止凸點(diǎn)移位，除在保證正常熔核的條件下，選用較大的電極壓力，較小的焊接電流外，還應(yīng)盡可能地提高加壓系統(tǒng)的隨動(dòng)性。提高隨動(dòng)性的方法主要是減小加壓系統(tǒng)可動(dòng)部分的質(zhì)量，以及在導(dǎo)向部分采用滾動(dòng)摩擦。

    多點(diǎn)凸焊時(shí)，為克服各凸點(diǎn)間的壓力不均衡，可以采用附加預(yù)熱脈沖或采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的電極頭的辦法。二、凸焊的工藝參數(shù)

    凸焊的主要工藝參數(shù)是：電極壓力、焊接時(shí)間和焊接電流。

    1、電極壓力

    凸焊的電極壓力取決于被焊金屬的性能，凸點(diǎn)的尺寸和一次焊成的凸點(diǎn)數(shù)量等。電極壓力應(yīng)足以在凸點(diǎn)達(dá)到焊接溫度時(shí)將其完全壓饋，并使兩工件緊密貼合。電極壓力過大會(huì)過早地壓饋凸點(diǎn)，失去凸焊的作用，同時(shí)因電流密度減小而降低接頭強(qiáng)度。壓力過小又會(huì)引起嚴(yán)重飛濺。

    2、焊接時(shí)間

    對(duì)于給定的工件材料和厚度，焊接時(shí)間由焊接電流和凸點(diǎn)剛度決定。在凸焊低碳鋼和低合金鋼時(shí)，與電極壓力和焊接電流相比，焊接時(shí)間時(shí)次要的。在確定合適的電極壓力和焊接電流后，在調(diào)節(jié)焊接時(shí)間，以獲得滿意的焊點(diǎn)。如想縮短焊接時(shí)間，就要相應(yīng)增大焊接電流，但過份增大焊接電流可能引起金屬過熱和飛濺，通常凸焊的焊接時(shí)間比點(diǎn)焊長(zhǎng)，而電流比點(diǎn)焊小。

    3、焊接電流

    凸焊的每一焊點(diǎn)所需電流比點(diǎn)焊同樣一個(gè)焊點(diǎn)時(shí)小。但在凸點(diǎn)完全壓潰之前電流必須能使凸點(diǎn)溶化，推薦的電流應(yīng)該是在采用合適的電極壓力下不至于擠出過多金屬的最大電流。對(duì)于一定凸點(diǎn)尺寸，擠出的金屬量隨電流的增加而增加。采用遞增的調(diào)幅電流可以減小擠出金屬。和點(diǎn)焊一樣，被焊金屬的性能和厚度仍然是選擇焊接電流的主要依據(jù)。

    多點(diǎn)凸焊時(shí)，總的焊接電流大約為每個(gè)凸點(diǎn)所需電流乘以凸點(diǎn)數(shù)。但考慮到凸點(diǎn)的公差、工件形狀。以及焊機(jī)次級(jí)回路的阻抗等因素，可能需要做一些調(diào)整。

    凸焊時(shí)還應(yīng)做到被焊兩板間的熱平衡，否則，在平板未達(dá)到焊接溫度以前便已溶化，因此焊接同種金屬時(shí)，應(yīng)將凸點(diǎn)沖在較厚的工件上，焊接異種金屬時(shí)，應(yīng)將凸點(diǎn)沖在電導(dǎo)率較高的工件上。但當(dāng)在厚板上沖出凸點(diǎn)有困難時(shí)，也可在薄板上沖凸點(diǎn)。

    電極材料也影響兩工件上的熱平衡，在焊接厚度小于0.5mm的薄板時(shí)，為了減少平板一側(cè)的散熱，常用鎢-銅燒結(jié)材料或鎢做電極的嵌塊。

    凸焊接頭和凸點(diǎn)設(shè)計(jì)

一、凸焊接頭設(shè)計(jì)

    凸焊搭接接頭的設(shè)計(jì)與點(diǎn)焊相似。通常凸焊接頭的搭接量比點(diǎn)焊的小。凸點(diǎn)間的間距沒有嚴(yán)格限制。

    當(dāng)一個(gè)工件的表面質(zhì)量要求較高時(shí)，凸點(diǎn)應(yīng)沖在另一工件上。在工件凸焊螺母、螺栓等緊固件時(shí)，凸點(diǎn)的數(shù)量必須足以承受設(shè)計(jì)載荷。

二、凸點(diǎn)設(shè)計(jì)

    凸點(diǎn)的作用是將電流和壓力局限在工件的特定位置上，其形狀和尺寸取決于應(yīng)用的場(chǎng)合和需要焊點(diǎn)強(qiáng)度。不同資料所推薦的焊點(diǎn)尺寸往往相差甚遠(yuǎn)。一般情況下建議采用下表規(guī)定的凸點(diǎn)尺寸。與沖有凸點(diǎn)的板厚相比，當(dāng)平板較薄時(shí)采用小凸點(diǎn)，較厚時(shí)采用大凸點(diǎn)。

                                         凸焊的凸點(diǎn)尺寸

    凸點(diǎn)形狀有圓球型和圓錐型兩種。后一種可以提高凸點(diǎn)剛度，在電極壓力較高時(shí)不致于過早壓潰；也可以減少因電流密度過大而產(chǎn)生飛濺。但通常多采用圓球型凸點(diǎn)。為了防止擠出金屬殘留在凸點(diǎn)周圍而形成板間間隙，有時(shí)也采用帶環(huán)形溢出槽的凸點(diǎn)。多點(diǎn)凸焊時(shí)，凸點(diǎn)高度不一致將引起各點(diǎn)電流的不平衡，使接頭強(qiáng)度不穩(wěn)定。因此凸點(diǎn)高度誤差應(yīng)不超過±0.12mm。如采用預(yù)熱電流，則誤差可以增大。

    凸點(diǎn)也可以做成長(zhǎng)形的（近似橢圓形），以增加熔核尺寸，提高焊點(diǎn)強(qiáng)度，此時(shí)凸點(diǎn)與平板將為線接觸。

    凸焊時(shí)，除利用上述幾種形式的凸點(diǎn)形成接頭外，根據(jù)凸焊工件種類不同還有多種接頭形式。

    用于凸焊的螺栓和螺帽上的凸點(diǎn)和凸環(huán)多是在零件鍛壓時(shí)一次成形。

    常用金屬的凸焊

    一、低碳鋼的凸焊

    低碳鋼的凸焊應(yīng)用最廣泛，下表是圓球和圓錐型凸焊的焊接條件。

低碳鋼凸焊的焊接條件

 注：本表選自“推薦的電阻焊實(shí)踐”，AWSCI.1。時(shí)間欄內(nèi)周數(shù)已按50Hz電源頻率修訂。本表數(shù)據(jù)僅用于兩板凸焊，厚度比最大為3:1。表中電極接觸面最小直徑為凸焊直徑的兩倍。 

    下表是低碳鋼螺釘凸焊的焊接條件。凸焊螺帽時(shí)應(yīng)采用較短時(shí)間，否則會(huì)使螺紋變色、精度降低。電極壓力也不能過低，否則會(huì)引起凸點(diǎn)移位，使強(qiáng)度降低并損壞螺紋。

低碳鋼螺母凸焊的焊接條件

    下表是低碳鋼線材交叉凸焊的焊接條件。鍛造比大時(shí)需要較大的電極壓力和焊接電流。接頭強(qiáng)度也較大，但外觀較差。

低碳鋼線材交叉凸焊的焊接條件

二、鍍層鋼板的凸焊

    鍍層鋼板凸焊要比點(diǎn)焊和縫焊遇到的問題少一些，原因是電流集中于凸點(diǎn)，即使接觸處的鍍層金屬首先溶化并蔓延開來，也不會(huì)象點(diǎn)、縫焊一樣使電流密度降低。此外，由于凸焊的平面電極接觸面大、電流密度小，因此無論是鍍層的粘附還是電極的變形都比較小。

    鍍鋅鋼板凸焊用得較多，下表為這種鋼板凸焊的條件：

三、貼聚氯乙烯塑料面鋼板的凸焊

    這種鋼板的一面有絕緣的聚氯乙烯塑料層，只能以單面單點(diǎn)或單面雙點(diǎn)的方式焊接。為了保護(hù)粘塑面不被破壞，必須采用較短時(shí)間焊接。一般采用半周通電的方式來控制加熱時(shí)間和熱量，甚至縮短到1/6周或者使用儲(chǔ)能焊機(jī)進(jìn)行短時(shí)間焊接。為了保證貼塑面沒有相同明顯的壓痕，通常采用與貼塑面鋼板相同花紋的鋼板墊板。

四、其他金屬材料的凸焊

    可淬硬的高強(qiáng)度合金鋼很少凸焊，但有時(shí)會(huì)進(jìn)行線材交叉焊接，由于會(huì)產(chǎn)生淬火組織，必須進(jìn)行電極間回火，并應(yīng)采用比低碳鋼高的電極壓力。

    不銹鋼凸焊沒有困難，但較易產(chǎn)生熔核移位現(xiàn)象。應(yīng)注意選用合理的焊接工藝參數(shù)，并避免采用過小的點(diǎn)距。

    鋁合金強(qiáng)度低，則一通電凸點(diǎn)即被壓饋。起不到集中電流的作用，因此很少采用凸焊。但有時(shí)用于螺栓、螺帽的凸焊。

    銅合金、鈦合金也可以進(jìn)行凸焊。

貼塑鋼板圓球形凸點(diǎn)凸焊的焊接條件

貼塑鋼板環(huán)形凸點(diǎn)的凸焊規(guī)范

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