湖北工业大学毕业设计（论文）

研究表明电极压力对电极间的总电阻R及产热有明显的影响，电极压力过大或是过小都会使焊点承载能力降低和分散性变大，尤其对拉伸载荷影响更甚。电极压力过大时将使焊接区接触面积增大，总电阻和电流密度均减小，焊接散热增加，因此会造成熔核尺寸下降，所以在改变电极压力时，必须相应调节I,t使之搭配合适，以适应不同加热速度及满足不同塑性变形能力的要求。此处在增大电极压力的同时，焊接电流采用21KA，延长焊接时间到120ms，以使得维持焊区加热程度不变，因而熔核尺寸相对没有减小。而由上述的焊核组织可以看出铝合金点焊接头的力学性能与焊核组织的缺陷密切相关，（7）组参数中采用较大的焊接压力使熔核内部组织变得细化致密，气孔和缩松的尺寸减少，因而会使接头的疲劳寿命明现年提高。但是由于焊核热影响区和周围母材晶粒受热长大而粗化，晶界产生了缩松和热裂等缺陷，因而焊核的剪切和拉伸强度会下降。另外，由于是薄板点焊，较大的电极压力势必使表面压痕加深，造成焊核的厚度减小，也会在一定程度上使其剪切和拉伸强度下降。

3.4 点焊缺陷及其影响

点焊，缝焊接头内部缺陷包括未熔合、缩孔、裂纹、结合线伸入、内部喷溅等。外部缺陷还包括深压痕、烧伤、烧穿、边缘胀裂和外部喷溅等。其中某些缺陷对接头质量、焊件使用性能影响较大，又检验难度大，鉴别困难，易出现误判断，因此必须了解其形貌特征及其影响。

3.4.1 未熔合与未完全熔合

未熔合与未完全熔合为点焊接头贴合面未熔化、呈塑性连接，或贴合面处的熔核尺寸小于规定值或形成环状熔核，使接头结合强度不能达到应有规定值的焊接区的总称。未熔合缺陷在低倍检验试片上显现的形貌特征为保持原贴合面的形状，未形成相互结晶铸造熔核，在点焊接头，未熔合是一种严重的缺陷。因此对该种缺陷应有准确而简单的无损检验方法，并从根本上消除未熔合现象。未熔合和未完全熔合缺陷的检验主要是指焊点尺寸和贴合面连接性质(塑性或熔化后的连接)的检验。目前大多数生产单位，仍沿用加强生产小规范稳定性和现场抽检熔核或焊缝尺寸的低倍(5—20倍)检验，或用撕破检验、力学性能试验。

27

湖北工业大学毕业设计（论文）

3.4.2 缩孔、裂纹与结合线伸入

缩孔、裂纹和结合线伸入是点焊时常见的焊接缺陷，缩孔与裂纹多为收缩性缺陷。由于点焊焊接区加热集中，温度梯度大，加热和冷却速度快，液态金属被包围在金属塑性环和硬金属环之中，同时受着焊接区金属形变特点的影响，因此，决定了熔核结晶过程的特殊性。当规范参数选择不当，外界其它条件发生变化时易产生缩孔、裂纹和结合线伸入等缺陷。

（1）缩孔

缩孔是在高温合金、铝合金或厚板点焊时常见的一种缺陷。若未伴随产生裂纹，则对焊点强度无大影响。缩孔产生原因有：

1）焊件表面有锈蚀或涂层；2）焊接时间过长；3）电极压力不足；4）未能及时施加锻压力。

（2）裂纹

点焊裂纹有熔核内部裂纹、结合线裂纹、热影响区裂纹和表面裂纹等。裂纹是危险缺陷之一，在一些承力件，尤其承受动载荷的重要焊件中，不允许存在。表面裂纹产生原因有：1）电极压力低；2）电极冷却能力差；3）焊接时间长。

产生后将明显降低动载条件下构件的疲劳强度，防止缩孔、裂纹产生应采取的措施是调整焊接规范，增加机构刚度。在一般焊件中，对熔点中的内部裂纹限制在熔直径的1/3长度范围内。且不准存在于熔核边缘，更不准发展到焊点表面。

（3）结合线伸入

在焊点熔核边缘存在沿焊件贴合面伸入的连续条状夹杂物或未熔合的缝隙称为结合线伸入。结合线伸入多在铝合金、铁基或镍基高温合金等材料点焊时出现。它与焊前材料表面状态有很大关系，如保护层过厚．清理不干净，表面氧化膜硬，熔点高，或经过清理又重新氧化时，这些表面氧化膜或杂质进入熔化区，阻断了枝晶的生长，造成结合线伸入。由于它减小熔核的有效直径，从而降低接头强度。因此，采取焊前清理可以有效避免这种缺陷产生。

28

湖北工业大学毕业设计（论文）

3.4.3 表面烧伤、烧穿和喷溅

（1）表面烧伤

当焊件或电极表面不干净，有污物、氧化皮或其它杂质时，或因存在焊件分流使焊件与电极接触的局部区域电流密度高度集中而黄铜化的电极工作面的散热能力大为降低，造成了局部熔化的烧伤。烧伤的特征是焊件表面的局部熔化痕迹，并伴有铜电极的粘附。对包铝的、铝合金焊件则表现为焊点表面发黑，破坏了包铝层。烧伤会影响接头的抗腐蚀性和表面质量。

（2）烧穿

烧穿是一种严重的缺陷，它是由于焊件与焊件之间或焊件与电极之间存在绝缘物质，而绝缘物不致密，导致局部导电，电流密度过大，造成焊件烧毁，形成穿透的空洞，或者由于喷溅或烧伤严重发展，也形成穿透性的空洞。烧穿直接破坏了焊件的完整性和表面质量，影响接头的力学性能和使用特性。

（3） 喷溅

点焊有内部喷溅和外部喷溅。内部喷溅是点焊加热过程中塑性环的径向发展低于熔核的发展，使高温液态金属在高电极力作用下冲破塑性环，沿最薄弱的两板间贴合面挤出，形成内部喷溅。外部喷溅是指电极与焊件之间熔化金属溢出的现象。因此对上述这些缺陷应严格限制。

3.4.4 过烧和晶间腐蚀

（1）过烧

在不当的点焊热量循环作用下，熔核附近的区域因加热温度过高、高温停留时间过长，使该区域内晶界上的低熔点相熔化，尤其晶界三角区熔化或表层晶界因氧的侵入而生成氧化物，在冷却后形成晶角三角区的空间洞或出现网状晶界氧化或出现龟裂。这种现象均为过烧现象。 （2）晶间腐蚀

焊点的晶间腐蚀是不锈钢、耐热钢等材料在点焊时应予注意的一种腐蚀现象。由于焊件的表面外观并无变化，甚至仍有金属光泽，因此不易发现晶间腐蚀但实际上已失去了晶

29

湖北工业大学毕业设计（论文）

间连接，失去了承载能力，所以这是一种危险的缺陷—[6]。

3.5 本章小结

本章主要介绍关于论文中铝合金点焊试验用到的6061铝合金材料的成分、状态、机械性能；试验设备及试验方法。详细分析了各个主要参数对焊接接头质量的影响，得出在该设备下，当采用焊接电流为19KA，焊接压力为2.6KN，通电时间在90ms到120ms的范围内，能得到综合性能较好的点焊接头。单一的使焊接时间延长不会使焊核尺寸继续增加，反而会使接头的性能下降，使点焊过程变得不稳定。较大的电极压力能起到使焊核内部组织晶粒细化，气孔的尺寸核数量减少的作用，进而提高点焊接头的疲劳寿命。最后，分析了焊接过程中常见缺陷的表现及产生的原因。要防止缺陷的产生，最重要的是合理的选择参数，此外，保证良好的工艺因素也很重要。

30

湖北工业大学毕业设计（论文）

第四章 铝合金电阻焊的加工参数优化设计

4.1 引言

通过上几章对铝合金特性的分析，我们知道铝合金的化学活性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质，加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。但其焊接性较差，且对焊接形成挑战的原因主要是：缺乏工艺标准，从而导致大量的质量问题。合理选择工艺参数则是控制焊点质量的最主要途径。本文通过一种既能减少试验次数，又能获得可靠结果的多因素的优选方法— 正交试验设计对点焊工艺参数进行优化，获取最佳工艺参数。其代替了传统的经验法．在确保试验结果可靠的基础上，提高了试验效率。在铝合金电阻点焊的加工工艺研究方面有不可替代的作用，使铝合金电阻焊能获得很好的焊接质量。

4.2 点焊工艺参数优化的理论基础

4.2.1 正交实验法的基本思路

正交实验法师一种安排多因素试验的教学方法，他是从大量的生产和科学实践中总结出来的。事实证明这一方法简单易行，应用广泛，效果良好。无论在提高定型产品的质量，产量，研究新工艺，以及改进技术性能和改进技术管理等方面。正交试验法都取得了巨大的成功。

4.2.2 正交试验的理论基础

正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点。正交试验设计是一种高效率、快速 经济的试验设计方法。

日本著名的统计学家田13玄一将正交试验选择的水平组合列成表格．称为正交表。正交表是一整套规则的设计表格．用Ln(t)表示，其中L为正交表的代号：几为试验的次数；f为水平数：c为列数，即可能安排最多的因素个数。见表1。例如，做一个三因素三水平的试

31

c