焊接自動化之電焊機器人焊接工藝

點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方法，它適于制造可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓、軋制的薄板構件。

點焊是把焊件在接頭處接觸面上的個別點焊接起來。

點焊要求金屬有較好的塑性。

點焊通常分為雙面點焊和單面點焊兩大類。

雙面點焊時，電極由工件的兩側向焊接處饋電。典型的雙面點焊方式是最常用的方式，這時工件的兩側均有電極壓痕。大焊接面積的導電板做下電極，這樣可以消除或減輕下面工件的壓痕。

常用于裝飾性面板的點焊。同時焊接兩個或多個點焊的雙面點焊，使用一個變壓器而將各電極并聯(lián)，這時，所有電流通路的阻抗必須基本相等，而且每一焊接部位的表面狀態(tài)、材料厚度、電極壓力都需相同，才能保證通過各個焊點的電流基本一致采用多個變壓器的雙面多點點焊。

邊距的最小值取決于被焊金屬的種類，厚度和焊接條件。對于屈服強度高的金屬、薄件或采用強條件時可取較小值。

點距即相鄰兩點的中心距，其最小值與被焊金屬的厚度、導電率，表面清潔度，以及熔核的直徑有關。

規(guī)定點距最小值主要是考慮分流影響，采用強條件和大的電極壓力時，點距可以適當減小。采用熱膨脹監(jiān)控或能夠順序改變各點電流的控制器時，以及能有效地補償分流影響的其他裝置時，點距可以不受限制。

裝配間隙必須盡可能小，因為靠壓力消除間隙將消耗一部分電極壓力，使實際的焊接壓力降低。間隙的不均勻性又將使焊接壓力波動，從而引起各焊點強度的顯著差異，過大的間隙還會引起嚴重飛濺，許用的間隙值取決于工件剛度和厚度，剛度、厚度越大，許用間隙越小，通常為0.1-2mm。

單個焊點的抗剪強度取決于兩板交界上熔核的面積，為了保證接頭強度，除熔核直徑外，焊透率和壓痕深度也應符合要求，焊透率的表達式為：η=h/δ-c×100%。兩板上的焊透率只允許介于20-80%之間。

鎂合金的最大焊透率只允許至60%。而鈦合金則允許至90%。焊接不同厚度工件時，每一工件上的最小焊透率可為接頭中薄件厚度的20%，壓痕深度不應超過板件厚度的15%，如果兩工件厚度比大于2:1，或在不易接近的部位施焊，以及在工件一側使用平頭電極時，壓痕深度可增大到20-25%。

點焊接頭受垂直面板方向的拉伸載荷時的強度，為正拉強度。由于在熔核周圍兩板間形成的尖角可引起應力集中，而使熔核的實際強度降低，因而點焊接頭一般不這樣加載。通常以正拉強度和抗剪強度之比作為判斷接頭延性的指標，此比值越大，則接頭的延性越好。

多個焊點形成的接頭強度還取決于點距和焊點分布。點距小時接頭會因為分流而影響其強度，大的點距又會限制可安排的焊點數(shù)量。因此，必須兼顧點距和焊點數(shù)量，才能獲得最大的接頭強度，多列焊點最好交錯排列而不要作矩形排列。

焊接保證需要強度的地方焊接的間距會比較近，但是考慮到可能會出現(xiàn)的電焊分流的情況，焊點布置的時候應考慮其焊接不牢固性，所以并不是越近越多越好，合理布置焊點才能得到更好的效果，一般來說，三層焊焊點比兩層焊焊點的間距稍遠一點。

焊點的施加原則一般不超過5mm，焊接板厚比例不超過1:3，超過這個值會造成焊核不在焊點最中心，甚至焊穿薄板的可能。三層焊焊接最厚跟最薄也不能超過1:3的原則。

焊點位置是工藝和產(chǎn)品設計協(xié)調(diào)的結果重要焊點位置應以CAE計算結果來設定，下表為不同料厚焊點剪切強度要求：

焊接時，先把焊件表面清理干凈，再把被焊的板料搭接裝配好，壓在兩柱狀銅電極之間，施加壓力P壓緊，當通過足夠大的電流時，在板的接觸處產(chǎn)生大量的電阻熱，將中心最熱區(qū)域的金屬很快加熱至高塑性或熔化狀態(tài)，形成一個透鏡形的液態(tài)熔池。繼續(xù)保持壓力P，斷開電流，金屬冷卻后，形成了一個焊點。鍍鋅鋼板大致分為電鍍鋅鋼板和熱浸鍍鋅鋼板，前者的鍍層比后者薄。

點焊鍍鋅鋼板用的電極，推薦用2類電極合金。相對點焊外觀要求很高時，可以采用1類合金。推薦使用錐形電極形狀，錐角120度-140度。

使用焊鉗時，推薦采用端面半徑為25-50mm的球面電極。為提高電極使用壽命，也可采用嵌有鎢極電極頭的復合電極，以2類電極合金制成的電極體，可以加強鎢電極頭的散熱。

通常是根據(jù)工件的材料和厚度，參考該種材料的焊接條件表選取，首先確定電極的端面形狀和尺寸。其次初步選定電極壓力和焊接時間，然后調(diào)節(jié)焊接電流，以不同的電流焊接試樣，經(jīng)檢查熔核直徑符合要求后，再在適當?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電極壓力，焊接時間和電流，進行試樣的焊接和檢驗，直到焊點質(zhì)量完全符合技術條件所規(guī)定的要求為止。

最常用的檢驗試樣的方法是撕開法，優(yōu)質(zhì)焊點的標志是：在撕開試樣的一片上有圓孔，另一片上有圓凸臺。厚板或淬火材料有時不能撕出圓孔和凸臺，但可通過剪切的斷口判斷熔核的直徑。必要時，還需進行低倍測量、拉抻試驗和X光檢驗，以判定熔透率、抗剪強度和有無縮孔、裂紋等。以試樣選擇工藝參數(shù)時，要充分考慮試樣和工件在分流、鐵磁性物質(zhì)影響，以及裝配間隙方面的差異，并適當加以調(diào)整。

焊點直徑的量取由長軸測量數(shù)值加上與長軸垂直軸測量值除2來計算，d=(a+b)/2

鋁合金的應用十分廣泛，分為冷作強化和熱處理強化兩大類。鋁合金點焊的焊接性較差，尤其是熱處理強化的鋁合金。其原因及應采取的工藝措施如下：

（1）電導率和熱導率較高必須采用較大電流和較短時間，才能做到既有足夠的熱量形成熔核；又能減少表面過熱、避免電極粘附和電極銅離子向純鋁包復層擴散、降低接頭的抗腐蝕性。

（2）塑性溫度范圍窄、線膨脹系數(shù)大 必須采用較大的電極壓力，電極隨動性好，才能避免熔核凝固時，因過大的內(nèi)容拉應力而引起的裂紋。對裂紋傾向大的鋁合金，如LF6、LY12、LC4等，還必須采用加大鍛壓力的方法，使熔核凝固時有足夠的塑性變形、減少拉應力，以避免裂紋產(chǎn)生。在彎電極難以承受大的定鍛壓力時，也可以采用在焊接脈沖之后加緩冷脈沖的方法避免裂紋。對于大厚度的鋁合金可以兩種方法并用。

（3）表面易生成氧化膜，焊前必須嚴格清理，否則極易引起飛濺和熔核成形不良（撕開檢查時，熔核形狀不規(guī)則，凸臺和孔不呈圓形），使焊點強度降低。清理不均勻則將引起焊點強度不穩(wěn)定。

基于上述原因，點焊鋁合金應選用具有下列特性的焊機：

1）能在短時間內(nèi)提供大電流

2）電流波形最好有緩升緩降的特點

3）能精確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動影響

4）能提供價形和馬鞍形電極壓力

5）機頭的慣性和摩擦力小，電極隨動性好。

當前國內(nèi)使用的多為300-600KVA的直流脈沖、三相低頻和次級整流焊機，個別的達到1000KVA，均具有上述特性。也有采用單相交流焊機的，但僅限于不重要工件。

點焊鋁合金的電極應采用1類電極合金，球形端面，以利于壓固熔核和散熱。

由于電流密度大和氧化膜的存在，鋁合金點焊時，很容易產(chǎn)生電極粘著。電極粘著不僅影響外觀質(zhì)量，還會因電流減小而降低接頭強度。為此需經(jīng)常修整電極。電極每修整依次后可焊工件的點數(shù)與焊接條件、被焊金屬型號、清理情況、有無電流波形調(diào)制，電極材料及其冷卻情況等因素有關。通常點焊純鋁為5-10點，點焊LF6，LY12時為25-30點。

防透鋁LF21強度低，延性后，有較好的焊接性，不產(chǎn)生裂紋，通常采用固定不變電極壓力。硬鋁（如LY11、LY12），超硬鋁（如LC4、LC5）強度高、延性差，極易產(chǎn)生裂紋，必須采價形曲線的壓力。但對于薄件，采用大的焊接壓力或具有緩冷脈沖的雙脈沖加熱，裂紋也不是不可避免的。

采用價形壓力時，鍛壓力滯后于斷電的時刻十分重要，通常是0-2周。鍛壓力加得過早（斷電前），等于增大了焊接壓力，將影響加熱，導致焊點強度降低和波動。鍛壓力加得過遲，則熔核冷卻結晶時已經(jīng)形成裂紋，加鍛壓力已無濟于事。有時也需要提前于斷電時刻施加鍛壓力，這是因為電磁氣閥動作延遲，或氣路不暢通造成鍛壓力提高緩慢，不提前施加不足以防止裂紋的緣故。