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，凸點設(shè)計要求嚴格，需要隨動性極好的焊機，因此厚度小于0.25mm的板件更易于采用點焊。
凸焊與點焊相比還具有以下優(yōu)點：
1）在一個焊接循環(huán)內(nèi)可同時焊接多個焊點。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而不受點距的限制。
2）由于電流密度集于凸點，電流密度大，故可用較小的電流進行焊接，并能可靠地形成較小的熔核。在點焊時，對應(yīng)于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困難的。
3）凸點的位置準(zhǔn)確、尺寸一致，各點的強度比較均勻。因此對于給定的強度、凸焊焊點的尺寸可以小于點焊。
4）由于采用大平面電極，且凸點設(shè)置在一個工件上，所以可最大限度地減輕另一工件外露表面上的壓痕。同時大平面電極的的電流密度小、散熱好，電極的磨損要比點焊小得多，因而大大降低了電極的保養(yǎng)和維修費用。
5）與點焊相比，工件表面的油、銹、氧化皮、鍍層和其他涂層對凸焊的影響較小，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；由于一次要焊多個焊點，需要使用高電極壓力、高機械精度的大功率焊機。
由于凸焊有上述多種優(yōu)點，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，因為這類電極合金在電導(dǎo)率、強度、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
凸焊電極有三種基本類型：
1）點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)點焊電極用于單點凸焊時。為了減輕工件表面壓痕，電極接觸面直徑應(yīng)不小于凸點直徑的兩倍。
大平頭棒狀電極用于局部位置的多點凸焊。例如加強墊圈的凸焊，一次可焊4-6點。這種電極的接觸面必須足夠大，要超過全部凸點的邊界，超出量一般應(yīng)相當(dāng)于一個凸點的直徑。這種電極一般可裝在大功率點焊機上。
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，同時也用作電極，夾具是不導(dǎo)電的輔助定位裝置。對于小工件，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。有時也可用一個移動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。
凸焊的工藝特點和工藝參數(shù)
一、凸焊的工藝特點
凸焊是點焊的一種變形，通常是在兩板件之一上沖出凸點，然后進行焊接。由于電流集中，克服了點焊時熔核偏移的缺點，因而凸焊時工件的厚度比可以超過6:1。
凸焊時，電極必須隨著凸點的被壓饋而迅速下降，否則會因失壓而產(chǎn)生飛濺，所以應(yīng)采用電極隨動性好的凸焊機。
多點凸焊時，如果焊接條件不適當(dāng)，會引起凸點移位現(xiàn)象，并導(dǎo)致接頭強度降低。實驗證明，移位是由電流通過時的電磁力引起的。
在實際焊接時，由于凸點高度不一致，上下電極平行度差，一點固定一點移動要比兩點同時移動的情況多。
為了防止凸點移位，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)的隨動性。提高隨動性的方法主要是減小加壓系統(tǒng)可動部分的質(zhì)量，以及在導(dǎo)向部分采用滾動摩擦。
多點凸焊時，為克服各凸點間的壓力不均衡，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，凸點的尺寸和一次焊成的凸點數(shù)量等。電極壓力應(yīng)足以在凸點達到焊接溫度時將其完全壓饋，并使兩工件緊密貼合。電極壓力過大會過早地壓饋凸點，失去凸焊的作用，同時因電流密度減小而降低接頭強度。壓力過小又會引起嚴重飛濺。
2、焊接時間
對于給定的工件材料和厚度，焊接時間由焊接電流和凸點剛度決定。在凸焊低碳鋼和低合金鋼時，與電極壓力和焊接電流相比，焊接時間時次要的。在確定合適的電極壓力和焊接電流后，在調(diào)節(jié)焊接時間，以獲得滿意的焊點。如想縮短焊接時間，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，通常凸焊的焊接時間比點焊長，而電流比點焊小。
3、焊接電流
凸焊的每一焊點所需電流比點焊同樣一個焊點時小。但在凸點完全壓潰之前電流必須能使凸點溶化，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。對于一定凸點尺寸，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)。
多點凸焊時，總的焊接電流大約為每個凸點所需電流乘以凸點數(shù)。但考慮到凸點的公差、工件形狀。以及焊機次級回路的阻抗等因素，可能需要做一些調(diào)整。
凸焊時還應(yīng)做到被焊兩板間的熱平衡，否則，在平板未達到焊接溫度以前便已溶化，因此焊接同種金屬時，應(yīng)將凸點沖在較厚的工件上，焊接異種金屬時，應(yīng)將凸點沖在電導(dǎo)率較高的工件上。但當(dāng)在厚板上沖出凸點有困難時，也可在薄板上沖凸點。
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，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。
凸焊接頭和凸點設(shè)計
一、凸焊接頭設(shè)計
凸焊搭接接頭的設(shè)計與點焊相似。通常凸焊接頭的搭接量比點焊的小。凸點間的間距沒有嚴格限制。
當(dāng)一個工件的表面質(zhì)量要求較高時，凸點應(yīng)沖在另一工件上。在工件凸焊螺母、螺栓等緊固件時，凸點的數(shù)量必須足以承受設(shè)計載荷。
二、凸點設(shè)計
凸點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)用的場合和需要焊點強度。不同資料所推薦的焊點尺寸往往相差甚遠。一般情況下建議采用下表規(guī)定的凸點尺寸。與沖有凸點的板厚相比，當(dāng)平板較薄時采用小凸點，較厚時采用大凸點。
凸焊的凸點尺寸
|
凸點所在板厚 |
平板厚 |
凸點尺寸 |
|
|
直徑d |
高度h |
||
|
0.5 |
0.5 2.0 |
1.8 2.3 |
0.5 0.6 |
|
1.0 |
1.0 3.2 |
1.8 2.8 |
0.5 0.8 |
|
2.0 |
1.0 4.0 |
2.8 4.0 |
0.7 1.0 |
|
3.2 |
1.0 5.0 |
3.5 4.5 |
0.9 1.1 |
|
4.0 |
2.0 6.0 |
6.0 7.0 |
1.2 1.5 |
|
6.0 |
3.0 6.0 |
7.0 9.0 |
1.5 2.0 |
凸點形狀有圓球型和圓錐型兩種。后一種可以提高凸點剛度，在電極壓力較高時不致于過早壓潰；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。為了防止擠出金屬殘留在凸點周圍而形成板間間隙，有時也采用帶環(huán)形溢出槽的凸點。多點凸焊時，凸點高度不一致將引起各點電流的不平衡，使接頭強度不穩(wěn)定。因此凸點高度誤差應(yīng)不超過±0.12mm。如采用預(yù)熱電流，則誤差可以增大。
凸點也可以做成長形的（近似橢圓形），以增加熔核尺寸，提高焊點強度，此時凸點與平板將為線接觸。
凸焊時，除利用上述幾種形式的凸點形成接頭外，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和凸環(huán)多是在零件鍛壓時一次成形。
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
|
板厚（mm） |
電極接觸面最小直徑（mm） |
電極壓力（KN） |
焊接時間（周） |
維持時間（周） |
焊接電流（KA） |
|
0.36 0.53 0.79 1.12 1.57 1.98 2.39 2.77 3.18 |
3.18 3.97 4.76 6.35 7.94 9.53 11.1 12.7 14.3 |
0.80 1.36 1.82 1.82 3.18 5.45 5.45 7.73 7.73 |
6 8 13 17 21 25 25 25 25 |
13 13 13 13 13 25 25 38 38 |
5 6 7 7 9.5 13 14.5 16 17 |
注：本表選自“推薦的電阻焊實踐”，AWSCI.1。時間欄內(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。凸焊螺帽時應(yīng)采用較短時間，否則會使螺紋變色、精度降低。電極壓力也不能過低，否則會引起凸點移位，使強度降低并損壞螺紋。
低碳鋼螺母凸焊的焊接條件
|
螺帽的螺紋直徑（mm） |
平板厚度（mm） |
A |
||
|
電極壓力（KN） |
焊接時間（周） |
焊接電流（KA） |
||
|
4 |
1.2 2.3 |
3.0 3.2 |
3 3 |
10 11 |
|
8 |
2.3 4.0 |
4.0 4.3 |
3 3 |
15 16 |
|
12 |
1.2 4.0 |
4.8 5.2 |
3 3 |
18 20 |
|
螺帽的螺紋直徑（mm） |
B |
接頭抗扭強度（N.mm） |
||
|
電極壓力（KN） |
焊接時間（周） |
焊接電流（A） |
||
|
4 |
2.4 2.6 |
6 6 |
8 9 |
|
|
8 |
2.9 3.2 |
6 6 |
10 12 |
80.2 |
|
12 |
4.0 4.2 |
6 6 |
15 17 |
210 |
下表是低碳鋼線材交叉凸焊的焊接條件。鍛造比大時需要較大的電極壓力和焊接電流。接頭強度也較大，但外觀較差。
低碳鋼線材交叉凸焊的焊接條件
|
鍛造比（10%） |
線徑（mm） |
級別A |
||
|
電極壓力（KN） |
焊接時間（周） |
焊接電流（KA） |
||
|
15 |
2.0 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 8.0 9.5 |
0.4 0.45 0.55 0.8 1.1 1.8 2.9 4.0 |
5 6 8 10 13 20 27 35 |
1.0 1.4 2.0 2.9 3.7 5.1 6.6 8.0 |
|
25 |
2.0 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 8.0 9.5 |
0.4 0.45 0.7 1.0 1.4 2.5 3.8 5.5 |
6 8 11 15 20 30 40 52 |
1.3 1.7 2.5 3.5 4.3 6.0 7.8 9.5 |
二、鍍層鋼板的凸焊
鍍層鋼板凸焊要比點焊和縫焊遇到的問題少一些，原因是電流集中于凸點，即使接觸處的鍍層金屬首先溶化并蔓延開來，也不會象點、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：
|
凸點所在板厚（mm） |
平板板厚（mm） |
凸點尺寸（mm） |
電極壓力（KN） |
焊接時間（KA） |
焊接電流（KN） |
抗剪強度（N） |
熔核直徑（mm） |
|
|
直徑d |
高度h |
|||||||
|
0.7 |
0.4 1.6 |
4.0 4.0 |
1.2 1.2 |
0.5 0.7 |
7 7 |
3.2 4.2 |
|
|
|
1.2 |
0.8 1.2 |
4.0 4.0 |
1.2 1.2 |
0.35 0.6 |
10 6 |
2.0 7.2 |
|
|
|
1.0 1.6 1.8 2.3 2.7 |
1.0 1.6 1.8 2.3 2.7 |
4.2 5.0 6.0 6.0 6.0 |
1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 |
1.15 1.8 2.5 3.5 4.3 |
15 20 25 30 33 |
10.0 11.5 16.0 16.0 22.0 |
4.2 9.3 14 19 22 |
3.8 6.2 6.2 7.5 7.5 |
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，只能以單面單點或單面雙點的方式焊接。為了保護粘塑面不被破壞，必須采用較短時間焊接。一般采用半周通電的方式來控制加熱時間和熱量，甚至縮短到1/6周或者使用儲能焊機進行短時間焊接。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
可淬硬的高強度合金鋼很少凸焊，但有時會進行線材交叉焊接，由于會產(chǎn)生淬火組織，必須進行電極間回火，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距。
鋁合金強度低，則一通電凸點即被壓饋。起不到集中電流的作用，因此很少采用凸焊。但有時用于螺栓、螺帽的凸焊。
銅合金、鈦合金也可以進行凸焊。
貼塑鋼板圓球形凸點凸焊的焊接條件
|
板厚（mm） |
凸點尺寸（mm） |
電極壓力（KN） |
焊接時間（ms） |
交流半波電流峰值（KA） |
抗剪強度（KN） |
||
|
貼塑鋼板 |
凸點所在鋼板 |
直徑d |
高度h |
||||
|
0.6 |
0.4 0.6 |
0.4 0.3 |
2.0 1.8 |
0.15 0.15 |
4 5 |
3.2 3.5 |
0.75 0.50 |
|
0.8 |
0.4 0.8 |
0.4 0.4 |
1.8 1.8 |
0.15 0.20 |
5 5 |
3.2 3.5 |
0.65 1.0 |
|
|
0.4 1.0 |
0.4 0.5 |
2.0 2.0 |
0.15 0.25 |
5 5 |
4.0 4.5 |
0.75 1.0 |
|
1.2 |
0.6 1.2 |
0.6 0.6 |
2.6 3.0 |
0.25 0.85 |
6 6 |
5.0 8.0 |
1.0 2.0 |
貼塑鋼板環(huán)形凸點的凸焊規(guī)范
|
板厚（mm） |
凸點尺寸（mm） |
交流半波式 |
電容貯能式 |
抗剪強度（KN） |
||||||
|
貼塑鋼板 |
凸點所在鋼板 |
d1 |
d2 |
h |
電極壓力（KN） |
焊接時間（周） |
電流峰值（KA） |
電容量（uF） |
電壓（V） |
|
|
0.6 |
0.6 1.6 |
3.5 2.0 |
4.2 3.0 |
0.5 0.4 |
0.2-0.3 0.2-0.4 |
5 6 |
9.0 9.5 |
3000 4000 |
340 360 |
0.9 1.3 |
|
0.8 |
0.6 1.6 |
4.4 2.8 |
5.5 3.5 |
0.6 0.4 |
0.3-0.6 0.4-0.8 |
6 7 |
11.5 12.0 |
4900 4000 |
360 350 |
1.4 2.3 |
|
1.0 |
0.6 1.6 |
4.3 3.5 |
5.5 4.0 |
0.8 0.4 |
0.3-0.6 0.4-0.8 |
7 7 |
14.0 16.5 |
5000 6000 |
400 400 |
2.3 2.8 |
|
1.2 |
0.6 2.3 |
4.0 3.5 |
5.5 5.0 |
1.0 0.4 |
0.35-1 0.5-1 |
7 7 |
15.0 18.0 |
5500 8000 |
400 430 |
2.6 3.0 |
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