凸焊工艺与方法

    凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。凸焊的种类很多，除板件凸焊外，还有螺帽、螺钉类零件的凸焊、线材交叉凸焊、管子凸焊和板材T型凸焊等。

    板件凸焊最适宜的厚度为0.5-4mm。焊接更薄的板件时，凸点设计要求严格，需要随动性极好的焊机，因此厚度小于0.25mm的板件更易于采用点焊。

   凸焊与点焊相比还具有以下优点：

    1）在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点。不仅生产率高，而且没有分流影响。因此可在窄小的部位上布置焊点而不受点距的限制。

    2）由于电流密度集于凸点，电流密度大，故可用较小的电流进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核。在点焊时，对应于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困难的。

    3）凸点的位置准确、尺寸一致，各点的强度比较均匀。因此对于给定的强度、凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。

    4）由于采用大平面电极，且凸点设置在一个工件上，所以可最大限度地减轻另一工件外露表面上的压痕。同时大平面电极的的电流密度小、散热好，电极的磨损要比点焊小得多，因而大大降低了电极的保养和维修费用。

    5）与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层对凸焊的影响较小，但干净的表面仍能获得较稳定的质量。

    凸焊的不足之处是需要冲制凸焊的附加工序；电极比较复杂；由于一次要焊多个焊点，需要使用高电极压力、高机械精度的大功率焊机。

    由于凸焊有上述多种优点，因而获得了极广泛的应用。

凸焊电极、模具和夹具

一、电极材料

    凸焊电极通常采用2类电极合金制造，因为这类电极合金在电导率、强度、硬度和耐热性等方面具有最好的综合性能。3类电极合金也能满足要求。

二、电极设计

    凸焊电极有三种基本类型：

    1）点焊用的圆形平头电极

    2）大平头棒状电极

    3）具有一组局部接触面的电极，即将电极在接触部位加工出凸起接触面，或将较硬的铜合金嵌块用钎焊或紧固方法固定于电极的接触部位。

    标准点焊电极用于单点凸焊时。为了减轻工件表面压痕，电极接触面直径应不小于凸点直径的两倍。

    大平头棒状电极用于局部位置的多点凸焊。例如加强垫圈的凸焊，一次可焊4-6点。这种电极的接触面必须足够大，要超过全部凸点的边界，超出量一般应相当于一个凸点的直径。这种电极一般可装在大功率点焊机上。

  三、焊接模具和夹具

    焊接模具用于保持和夹紧工件于适当位置，同时也用作电极，夹具是不导电的辅助定位装置。对于小工件，电极和定位夹具通常是一体的。横簧夹的作用是将螺栓固定于上电极中，为防止分流，插入电极的固定销须用非金属材料。

    其他类型的待焊工件也可用弹簧夹固定在上电极上。在条件许可用真空吸附的方法使工件保持在上电极中。有时也可用一个移动装置将小工件夹住并送入待焊部位。

    大型凸焊构件需要复杂得多的焊接模具和夹具，以满足定位，加紧和导电的需要。

   凸焊的工艺特点和工艺参数

一、凸焊的工艺特点

    凸焊是点焊的一种变形，通常是在两板件之一上冲出凸点，然后进行焊接。由于电流集中，克服了点焊时熔核偏移的缺点，因而凸焊时工件的厚度比可以超过6:1。

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

    多点凸焊时，如果焊接条件不适当，会引起凸点移位现象，并导致接头强度降低。实验证明，移位是由电流通过时的电磁力引起的。

    在实际焊接时，由于凸点高度不一致，上下电极平行度差，一点固定一点移动要比两点同时移动的情况多。

    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，以及在导向部分采用滚动摩擦。

    多点凸焊时，为克服各凸点间的压力不均衡，可以采用附加预热脉冲或采用可转动的电极头的办法。二、凸焊的工艺参数

    凸焊的主要工艺参数是：电极压力、焊接时间和焊接电流。

    1、电极压力

    凸焊的电极压力取决于被焊金属的性能，凸点的尺寸和一次焊成的凸点数量等。电极压力应足以在凸点达到焊接温度时将其完全压馈，并使两工件紧密贴合。电极压力过大会过早地压馈凸点，失去凸焊的作用，同时因电流密度减小而降低接头强度。压力过小又会引起严重飞溅。

    2、焊接时间

    对于给定的工件材料和厚度，焊接时间由焊接电流和凸点刚度决定。在凸焊低碳钢和低合金钢时，与电极压力和焊接电流相比，焊接时间时次要的。在确定合适的电极压力和焊接电流后，在调节焊接时间，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，但过份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。

    3、焊接电流

    凸焊的每一焊点所需电流比点焊同样一个焊点时小。但在凸点完全压溃之前电流必须能使凸点溶化，推荐的电流应该是在采用合适的电极压力下不至于挤出过多金属的最大电流。对于一定凸点尺寸，挤出的金属量随电流的增加而增加。采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。和点焊一样，被焊金属的性能和厚度仍然是选择焊接电流的主要依据。

    多点凸焊时，总的焊接电流大约为每个凸点所需电流乘以凸点数。但考虑到凸点的公差、工件形状。以及焊机次级回路的阻抗等因素，可能需要做一些调整。

    凸焊时还应做到被焊两板间的热平衡，否则，在平板未达到焊接温度以前便已溶化，因此焊接同种金属时，应将凸点冲在较厚的工件上，焊接异种金属时，应将凸点冲在电导率较高的工件上。但当在厚板上冲出凸点有困难时，也可在薄板上冲凸点。

    电极材料也影响两工件上的热平衡，在焊接厚度小于0.5mm的薄板时，为了减少平板一侧的散热，常用钨-铜烧结材料或钨做电极的嵌块。

    凸焊接头和凸点设计

一、凸焊接头设计

    凸焊搭接接头的设计与点焊相似。通常凸焊接头的搭接量比点焊的小。凸点间的间距没有严格限制。

    当一个工件的表面质量要求较高时，凸点应冲在另一工件上。在工件凸焊螺母、螺栓等紧固件时，凸点的数量必须足以承受设计载荷。

二、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焊点强度。不同资料所推荐的焊点尺寸往往相差甚远。一般情况下建议采用下表规定的凸点尺寸。与冲有凸点的板厚相比，当平板较薄时采用小凸点，较厚时采用大凸点。

                                         凸焊的凸点尺寸

    凸点形状有圆球型和圆锥型两种。后一种可以提高凸点刚度，在电极压力较高时不致于过早压溃；也可以减少因电流密度过大而产生飞溅。但通常多采用圆球型凸点。为了防止挤出金属残留在凸点周围而形成板间间隙，有时也采用带环形溢出槽的凸点。多点凸焊时，凸点高度不一致将引起各点电流的不平衡，使接头强度不稳定。因此凸点高度误差应不超过±0.12mm。如采用预热电流，则误差可以增大。

    凸点也可以做成长形的（近似椭圆形），以增加熔核尺寸，提高焊点强度，此时凸点与平板将为线接触。

    凸焊时，除利用上述几种形式的凸点形成接头外，根据凸焊工件种类不同还有多种接头形式。

    用于凸焊的螺栓和螺帽上的凸点和凸环多是在零件锻压时一次成形。

    常用金属的凸焊

    一、低碳钢的凸焊

    低碳钢的凸焊应用最广泛，下表是圆球和圆锥型凸焊的焊接条件。

低碳钢凸焊的焊接条件

 注：本表选自“推荐的电阻焊实践”，AWSCI.1。时间栏内周数已按50Hz电源频率修订。本表数据仅用于两板凸焊，厚度比最大为3:1。表中电极接触面最小直径为凸焊直径的两倍。 

    下表是低碳钢螺钉凸焊的焊接条件。凸焊螺帽时应采用较短时间，否则会使螺纹变色、精度降低。电极压力也不能过低，否则会引起凸点移位，使强度降低并损坏螺纹。

低碳钢螺母凸焊的焊接条件

    下表是低碳钢线材交叉凸焊的焊接条件。锻造比大时需要较大的电极压力和焊接电流。接头强度也较大，但外观较差。

低碳钢线材交叉凸焊的焊接条件

二、镀层钢板的凸焊

    镀层钢板凸焊要比点焊和缝焊遇到的问题少一些，原因是电流集中于凸点，即使接触处的镀层金属首先溶化并蔓延开来，也不会象点、缝焊一样使电流密度降低。此外，由于凸焊的平面电极接触面大、电流密度小，因此无论是镀层的粘附还是电极的变形都比较小。

    镀锌钢板凸焊用得较多，下表为这种钢板凸焊的条件：

三、贴聚氯乙烯塑料面钢板的凸焊

    这种钢板的一面有绝缘的聚氯乙烯塑料层，只能以单面单点或单面双点的方式焊接。为了保护粘塑面不被破坏，必须采用较短时间焊接。一般采用半周通电的方式来控制加热时间和热量，甚至缩短到1/6周或者使用储能焊机进行短时间焊接。为了保证贴塑面没有相同明显的压痕，通常采用与贴塑面钢板相同花纹的钢板垫板。

四、其他金属材料的凸焊

    可淬硬的高强度合金钢很少凸焊，但有时会进行线材交叉焊接，由于会产生淬火组织，必须进行电极间回火，并应采用比低碳钢高的电极压力。

    不锈钢凸焊没有困难，但较易产生熔核移位现象。应注意选用合理的焊接工艺参数，并避免采用过小的点距。

    铝合金强度低，则一通电凸点即被压馈。起不到集中电流的作用，因此很少采用凸焊。但有时用于螺栓、螺帽的凸焊。

    铜合金、钛合金也可以进行凸焊。

贴塑钢板圆球形凸点凸焊的焊接条件

贴塑钢板环形凸点的凸焊规范

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