电阻点焊-电极课件.ppt

* * 点焊电极的研究进展 点焊电极为什么容易失效？ 电极是点焊中的易耗零件，在点焊过程中，电极的主要功能是传输电流、加压和散热，由于电极和焊件接触时的温度较高，而且自身具有一定的电阻，也会发热，因此，电极头部的温升很快，达到了稍低于焊点熔核的高温，使电极头部在高温及高压力作用下很快失效。 点焊电极的失效形式 1. 塑性变形 电极的塑性变形都导致电极端部形成蘑菇状和电极直径的增加，这种塑性变形的产生是由于电极头部在焊接时承受压力和高温作用的结果。一般来讲，电极表面的温度与焊件表面的温度应相等，点焊时钢板的表面温度大约为700度左右，点焊镀锌钢板时，电流密度比点焊无镀层钢板电流密度要高30%左右，电极表面的温度能达到800-900度。正是由于电极头部的温度分布不均匀，使得电极头部产生了不均匀的塑性变形。此外，电极与工件表面的高温还导致了在电极头部产生低屈服强度的Zn-Cu合金，这将加重电极局部的塑性变形。塑性变形的产生，使得电极头部的直径随焊点数目的增加而增加，从而导致焊接电流密度下降，熔核焊透率降低，直到焊核直径减小，焊点强度下降趋近允许值，此时必须修整电极或更换电极。 2.磨损 电极的磨损主要发生在电极头部，表现为电极头部的物质转移到被焊工件表面，使得电极磨损，导致电极直径增大和焊接电流密度下降。另外，影响磨损的因素还有在正常焊接规范下电极撞击工件和电极缺乏充足的冷却。 3.合金化 电极的合金化主要发生在电极和镀层钢板的交界面上，合金主要产生在电极工作端面及头部的周围。电极合金化的程度取决于在焊接循环过程中电极与工件交界面作用的温度和时间，镀层元素与电极材料的扩散速度，以及生成物质在电极端面的形核和长大。一般来讲，电极端面与工件作用时间越长、工作温度越高，越易合金化，而合金化的产生不仅使电极端面的电导率下降，提高了焊接时电极表面的温度，加快了合金化，而且影响了电极表面的电流分布。 4.坑蚀 坑蚀是导致电极失效的主要方式之一。在点焊电极焊接镀层钢板时，由于高温的作用，在电极表层产生了低熔点合金，当电极离开工件时，有些低熔点合金在飞溅作用下离开了电极端面，即在电极端面产生了一个小的弧坑，许多小的孤坑连成一起的过程叫坑蚀，坑蚀的结果便形成了蚀坑。蚀坑的产生，提高了坑蚀周围的电流密度和工作压力，导致了蚀坑周围产生更严重的塑性变形和脱落，从而增加了电极端面的直径和降低了焊点直径。 5.热疲劳 点焊电极在工作过程中不仅要在高温下传递压力，而且还承受着加热和冷却的热应力作用，在两者的作用下，产生热疲劳，使得电极最终失效或电极表层脱落。 6.粘附 点焊电极在工作过程中由于电极头部和镀锌钢板的接触温度高于镀锌层的熔点，使熔化的镀锌层强烈粘附在电极头部而产生粘附。 7.再结晶 电极的再结晶温度大约在700-800C的范围。虽然电极与工件连接界面上的温度基本低于此温度，但有些区域的温度也有可能达到此温度，这取决于工件与电极之间的接触电阻、焊接速度、冷却状况及电极合金类型。一旦电极某个区域的温度大于电极的再结晶温度，则在电极中将产生再结晶和晶粒增大，使得电极易于失效。 延长点焊电极寿命的措施 1.电极端面的表面改性 2.粉末冶金电极 3.优选焊接规范 4.电极的深冷处理 用电流波形控制法 提高锌钢板点焊电极的寿命 在接通焊接电流之前施加焊前电流，使锌层先熔化，并在电极压力作用下将其挤走，从而减弱或避免电极/工件界面铜锌合金化、提高工件/工件间接触电阻，使焊接区加热均匀，获得同样熔核所需焊接电流减小，电极寿命增加。 基 本 原 理 表面飞溅率随焊前电流的变化规律 (施加焊前电流时间:5周波) 表面飞溅率随焊前电流通电时间的变化规律 (焊前电流有效值:3ｋＡ) 电极寿命随焊前电流的变化规律 （焊前电流时间:5周波） 利用深冷处理提高电极的使用寿命 深冷处理是指在-130℃以下对材料进行处理改变材料性能的一种方法，深冷处理以液氮(-196℃)为制冷剂。试验采用气体法加工深冷电极，将电极放入深冷装置，液氮经喷管喷出后在冷箱中直接汽化，利用液氮的汽化潜热及低温氮气吸热使冷箱降温。通过控制液氮的输入量来控制降温速度、保温温度、保温时间等实现对温度的自动调节。 何谓深冷处理？ 深冷装置结构 1-箱体 2-排气管 3-导风板 4-喷管 5-风扇 6-测温仪表 7-电磁阀 8-截止阀 9-手动阀门 10-液氮容器 深冷处理前后铬锆铜合金组织ＳＥＭ背散射 深冷处理前的铜基体致密性较差,存在较多的显微孔洞,这些孔洞的存在使材料点阵结构的完整性与材料连续性遭到破坏。深冷处理后材料中的