焊接自動(dòng)化之電焊機(jī)器人焊接工藝

點(diǎn)焊是一種高速、經(jīng)濟(jì)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(gòu)件。

點(diǎn)焊是把焊件在接頭處接觸面上的個(gè)別點(diǎn)焊接起來(lái)。

點(diǎn)焊要求金屬有較好的塑性。

點(diǎn)焊通常分為雙面點(diǎn)焊和單面點(diǎn)焊兩大類。

雙面點(diǎn)焊時(shí)，電極由工件的兩側(cè)向焊接處饋電。典型的雙面點(diǎn)焊方式是最常用的方式，這時(shí)工件的兩側(cè)均有電極壓痕。大焊接面積的導(dǎo)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(diǎn)焊。同時(shí)焊接兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)焊的雙面點(diǎn)焊，使用一個(gè)變壓器而將各電極并聯(lián)，這時(shí)，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(gè)焊點(diǎn)的電流基本一致采用多個(gè)變壓器的雙面多點(diǎn)點(diǎn)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(duì)于屈服強(qiáng)度高的金屬、薄件或采用強(qiáng)條件時(shí)可取較小值。

點(diǎn)距即相鄰兩點(diǎn)的中心距，其最小值與被焊金屬的厚度、導(dǎo)電率，表面清潔度，以及熔核的直徑有關(guān)。

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

裝配間隙必須盡可能小，因?yàn)榭繅毫ο�除間隙將消耗一部分電極壓力，使實(shí)際的焊接壓力降低。間隙的不均勻性又將使焊接壓力波動(dòng)，從而引起各焊點(diǎn)強(qiáng)度的顯著差異，過大的間隙還會(huì)引起嚴(yán)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(gè)焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度取決于兩板交界上熔核的面積，為了保證接頭強(qiáng)度，除熔核直徑外，焊透率和壓痕深度也應(yīng)符合要求，焊透率的表達(dá)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(shí)，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(yīng)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(cè)使用平頭電極時(shí)，壓痕深度可增大到20-25%。

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

多個(gè)焊點(diǎn)形成的接頭強(qiáng)度還取決于點(diǎn)距和焊點(diǎn)分布。點(diǎn)距小時(shí)接頭會(huì)因?yàn)榉至鞫�影響其�?qiáng)度，大的點(diǎn)距又會(huì)限制可安排的焊點(diǎn)數(shù)量。因此，必須兼顧點(diǎn)距和焊點(diǎn)數(shù)量，才能獲得最大的接頭強(qiáng)度，多列焊點(diǎn)最好交錯(cuò)排列而不要作矩形排列。

焊接保證需要強(qiáng)度的地方焊接的間距會(huì)比較近，但是考慮到可能會(huì)出現(xiàn)的電焊分流的情況，焊點(diǎn)布置的時(shí)候應(yīng)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(diǎn)才能得到更好的效果，一般來(lái)說，三層焊焊點(diǎn)比兩層焊焊點(diǎn)的間距稍遠(yuǎn)一點(diǎn)。

焊點(diǎn)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(gè)值會(huì)造成焊核不在焊點(diǎn)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(diǎn)位置是工藝和產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)的結(jié)果重要焊點(diǎn)位置應(yīng)以CAE計(jì)算結(jié)果來(lái)設(shè)定，下表為不同料厚焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度要求：

焊接時(shí)，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(dāng)通過足夠大的電流時(shí)，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(gè)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(gè)焊點(diǎn)。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(diǎn)焊鍍鋅鋼板用的電極，推薦用2類電極合金。相對(duì)點(diǎn)焊外觀要求很高時(shí)，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(shí)，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(fù)合電極，以2類電極合金制成的電極體，可以加強(qiáng)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(shí)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(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)電極壓力，焊接時(shí)間和電流，進(jìn)行試樣的焊接和檢驗(yàn)，直到焊點(diǎn)質(zhì)量完全符合技術(shù)條件所規(guī)定的要求為止。

最常用的檢驗(yàn)試樣的方法是撕開法，優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的標(biāo)志是：在撕開試樣的一片上有圓孔，另一片上有圓凸臺(tái)。厚板或淬火材料有時(shí)不能撕出圓孔和凸臺(tái)，但可通過剪切的斷口判斷熔核的直徑。必要時(shí)，還需進(jìn)行低倍測(cè)量、拉抻試驗(yàn)和X光檢驗(yàn)，以判定熔透率、抗剪強(qiáng)度和有無(wú)縮孔、裂紋等。以試樣選擇工藝參數(shù)時(shí)，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(dāng)加以調(diào)整。

焊點(diǎn)直徑的量取由長(zhǎng)軸測(cè)量數(shù)值加上與長(zhǎng)軸垂直軸測(cè)量值除2來(lái)計(jì)算，d=(a+b)/2

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

（1）電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率較高必須采用較大電流和較短時(shí)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(fù)層擴(kuò)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(dòng)性好，才能避免熔核凝固時(shí)，因過大的內(nèi)容拉應(yīng)力而引起的裂紋。對(duì)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(shí)有足夠的塑性變形、減少拉應(yīng)力，以避免裂紋產(chǎn)生。在彎電極難以承受大的定鍛壓力時(shí)，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(duì)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(yán)格清理，否則極易引起飛濺和熔核成形不良（撕開檢查時(shí)，熔核形狀不規(guī)則，凸臺(tái)和孔不呈圓形），使焊點(diǎn)強(qiáng)度降低。清理不均勻則將引起焊點(diǎn)強(qiáng)度不穩(wěn)定。

基于上述原因，點(diǎn)焊鋁合金應(yīng)選用具有下列特性的焊機(jī)：

1）能在短時(shí)間內(nèi)提供大電流

2）電流波形最好有緩升緩降的特點(diǎn)

3）能精確控制工藝參數(shù)，且不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響

4）能提供價(jià)形和馬鞍形電極壓力

5）機(jī)頭的慣性和摩擦力小，電極隨動(dòng)性好。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用的多為300-600KVA的直流脈沖、三相低頻和次級(jí)整流焊機(jī)，個(gè)別的達(dá)到1000KVA，均具有上述特性。也有采用單相交流焊機(jī)的，但僅限于不重要工件。

點(diǎn)焊鋁合金的電極應(yīng)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(diǎn)焊時(shí)，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(huì)因電流減小而降低接頭強(qiáng)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(diǎn)數(shù)與焊接條件、被焊金屬型號(hào)、清理情況、有無(wú)電流波形調(diào)制，電極材料及其冷卻情況等因素有關(guān)。通常點(diǎn)焊純鋁為5-10點(diǎn)，點(diǎn)焊LF6，LY12時(shí)為25-30點(diǎn)。

防透鋁LF21強(qiáng)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(qiáng)度高、延性差，極易產(chǎn)生裂紋，必須采價(jià)形曲線的壓力。但對(duì)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(jià)形壓力時(shí)，鍛壓力滯后于斷電的時(shí)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(dǎo)致焊點(diǎn)強(qiáng)度降低和波動(dòng)。鍛壓力加得過遲，則熔核冷卻結(jié)晶時(shí)已經(jīng)形成裂紋，加鍛壓力已無(wú)濟(jì)于事。有時(shí)也需要提前于斷電時(shí)刻施加鍛壓力，這是因?yàn)殡姶艢忾y動(dòng)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。