專利名稱:多電極電阻對焊方法及設備的制作方法
本發(fā)明涉及一種多電極電阻對焊方法及設備，特別適于焊接接觸面形狀和尺寸差異較大的焊件。
常規(guī)的電阻對焊機有兩個電極，它利用電流流過被焊工件時產生的電阻熱，使連接處局部被加熱到發(fā)生塑性變形，並接近半熔化狀態(tài)后，加壓頂鍛，實現(xiàn)焊接。焊件在高溫下通過塑性變形，容易在接合面產生共同晶粒，形成接頭。為了獲得優(yōu)良的對焊接頭，必須為金屬接觸面間形成共同晶粒創(chuàng)造以下條件1、焊件在對口處的整個接觸表面上，要加熱均勻、溫度適當，而且在焊口附近要形成一定的溫度區(qū)，為此，兩焊件接觸面要盡量平整對齊，否則會產生部分焊合、部分未焊合的缺陷。
2、接觸面上不應有阻礙金屬原子間相互作用和結晶的氧化物雜質。氧化物的形成來自兩個方面一為焊前焊件表面清理不干凈，有殘留氧化物;二為高溫時接觸面受空氣的侵蝕而氧化。
3、被焊金屬應具有良好的高溫塑性，通過頂鍛，能使焊接區(qū)產生足夠的、並大體均勻一致的塑性變形。
為了滿足上述條件，恰當?shù)倪x材以及焊前對焊件進行去除有機薄膜、銹、氧化膜和其它污物的清理，是必要的;特別要保證焊件在對口處的整個接觸面上要平整對齊，以便加熱均勻。為此，兩焊件接觸面的幾何形狀和尺寸應基本一致。生產中，一般要求園形棒料的直徑、方形棒料的邊長或者管狀料的壁厚的大小差值不超過10%～15%。否則，必須預先在大焊件上加工出工藝面，使該工藝面的形狀、尺寸與小焊件的接觸面的形狀、尺寸基本一致。這就大大限制了電阻對焊的應用范圍，使得某些應該采用電阻對焊的焊件，不得不采用其它諸如高頻焊接等昂貴的方法進行焊接。根據(jù)西北工業(yè)大學畢惠琴主編的《焊接方法及設備》(機械工業(yè)出版社1981年版)、北京市技術協(xié)作委員會編的《實用焊接手冊》(水利電力出版社1985年版)、以及.Б.Д.奧爾洛夫主編的《接觸焊工藝和設備》(國防工業(yè)出版社1980年版)等國內外資料報導，電阻對焊的這種應用限制還未獲得突破。
本發(fā)明的任務就是要提供一種多電極的電阻對焊方法和設備，用這種方法和設備焊接接觸面形狀、尺寸差異較大的焊件，不但能獲得優(yōu)良的焊接接頭，而且無需制作工藝面。
本發(fā)明的任務是通過下述的辦法實現(xiàn)的采用多個電極、多個變壓器和一個控制電路，將預熱電流的流向與焊接電流的流向分開;至少有一對(兩個)電極與大焊件接觸，一個電極與小焊件接觸;先在與大焊件接觸的兩個電極之間通以預熱電流，對大焊件的焊接區(qū)進行加熱，待該區(qū)溫升到發(fā)生塑性變形(受小焊件的擠壓而變形)時，再在大、小焊件之間通以焊接電流，對兩焊件的接觸部位加熱。嚴格控制通電的時機、時間和兩焊件間的頂鍛力(即擠壓力)，兩焊件接合面就可形成優(yōu)良的接頭。
下面結合附圖，詳細說明本發(fā)明的方法和設備。
圖1是大焊件上通以預熱電流時的示意圖。
圖2是在大、小焊件間通以焊接電流時的示意圖。
圖3是本發(fā)明的電阻對焊設備有三個電極時的電原理圖。
圖4是實施例的鋼窗配件焊接圖。
圖1和圖2中，1-大焊件，2-小焊件，3-夾具，4-預熱電極，5-焊接電極，6-預熱變壓器鐵心，7-預熱變壓器初級繞組，8-預熱變壓器次級繞組，9-初級繞組匝數(shù)調節(jié)機構，10-焊接變壓器鐵心，11-焊接變壓器初級繞組，12-焊接變壓器次級繞組，13-控制電路，14-對焊接合面。
本發(fā)明的方法包括下列步驟(a)將準備好的焊件裝牢在夾具上，並使兩焊件之間始終以一定的壓力接觸;
(b)將至少一對(每對兩個)預熱電極。在大焊件的焊接部位兩旁，對稱地與大焊接件良好接觸，焊接電極與小焊接件良好接觸;
(c)接通電源，使每一對預熱電極間流過一定強度的預熱電流，對大焊件的焊接部位加熱;
(d)電路轉換，切斷預熱電流，與此同時，在每對預熱電極與焊接電極之間通以一定強度的焊接電流，該電流流過兩焊件的接觸面，對該部位加熱，使之形成接頭。
作為本發(fā)明的方法所使用的焊接設備，它包括(a)夾緊並使兩焊件以一定的壓力接觸的夾具;
(b)一個控制預熱電流和焊接電流通斷時間的控制電路;
(c)至少一對(每對兩個)預熱電極和一個焊接電極;
(d)至少有兩個變壓器，其中一個是焊接變壓器，其余的是預熱變壓器，每個變壓器的初級繞組均與控制電路連接，預熱變壓器的次級繞組均有中心抽頭，這些中心抽頭均與焊接變壓器次級繞組的一端相連，焊接變壓器次級繞組的另一端與焊接電極相連，每個預熱變壓器次級繞組的兩端分別與一對(每對兩個)預熱電極相連。
(e)一套調節(jié)變壓器初級繞組接入電路的匝數(shù)的機構。
本發(fā)明的方法采用一級加壓，即預熱時的擠壓力和焊接時的頂鍛力始終是相同的。為防止焊接中接合部位發(fā)生錯移。接通電源前，應用夾具將大、小焊件分別夾牢，夾具可以與電極做成一體，也可以單獨設計。每一對預熱電極應盡量靠近大焊件的焊接部位對稱布置。以免預熱和塑性變形的區(qū)域太大、受熱不均勻。對于焊接接合面尺寸較小的大焊件，只需使用一對預熱電極預熱，對于接觸面形狀復雜、尺寸較大的焊件，可以同時使用兩對以上的預熱電極，以提高預熱的效果和速度。必須注意，每一對的兩個預熱電極都要在大焊件上，以焊接部位為中心對稱布置，否則將導致受熱不均勻而影響焊接效果。僅對大焊件的焊接部位預熱，是由于在焊接加熱階段，大焊件的溫升比小焊件的緩慢。為了使大、小兩焊件的焊接部位，在焊接電流的加熱時，同時達到頂鍛所需的再結晶溫度、容易形成共同晶粒。大焊件的預熱是不可少的。本發(fā)明的電阻對焊方法所采用的焊接規(guī)范參數(shù)，如預熱電流密度、預熱電流通電時間、焊接電流密度、焊接電流通電時間、頂鍛壓力以及工件外伸長度等?？筛鶕?jù)工件的形狀、大小、材質等情況。參照普通的電阻對焊的焊接規(guī)范選擇。並通過試驗確定其最佳值。
本發(fā)明的方法的最大特點是將預熱電流與焊接電流分開。為此，它所使用的對焊設備就要有兩個以上的變壓器。其中，一個是焊接變壓器，其余的是預熱變壓器，每個變壓器的鐵心可以是各自獨立的，也可以將各預熱變壓器的初、次級線圈繞在同一個鐵心上。但是，各個預熱變壓器的性能、參數(shù)應一致。而且預熱變壓器的鐵心必須與焊接變壓器的鐵心分置。各變壓器的初級繞組的線圈匝數(shù)是可調的。並與控制電路的輸出端連接，控制電路的輸入端與市電連接。由于控制電路設置在變壓器的初級端，該端的電壓不高(220伏或380伏)、電流也不大。因而容易實現(xiàn)電路轉換，也容易通過調整初級繞組接入控制電路的匝數(shù)，來改變次級端的電壓和電流的大小，以適應不同工件的焊接需要。控制電路可以是由繼電器組成的電路，也可以是半導體器件組成的開關電路。
本對焊設備在接通電源后，先進入大焊件預熱階段，這時，控制電路使預熱變壓器的初級端通電，在其次級端感應出預熱電流。參與預熱工作的預熱變壓器的個數(shù)，根據(jù)所需焊接的工件來決定當焊接面的形狀復雜、尺寸較大時，可使用兩個或三個預熱變壓器提供預熱電流。一般只需一個預熱變壓器就可以了。預熱時，焊接變壓器的初級線圈不通電，其次級線圈無感應電流。因而，焊接電極與預熱電極間無電流，對焊接合面上無電流流過。因此不會造成小焊件溫度上升過快，甚至開始熔化了，而大焊件還未達到再結晶溫度。
當大焊件的焊接部位，在預熱電流的加熱下，達到一定的溫度時，由于小焊件的壓力，該部位開始發(fā)生塑性變形，小焊件便壓入大焊件，從而使兩焊件的接合面全面接觸，此時，控制電路立即進行電路轉換切斷預熱變壓器的初級繞組回路，使預熱電流消失，接通焊接變壓器的初級繞組回路，使焊接電流流過大、小焊件的接合面。于是，小焊件焊接面處的溫度迅速升高，並與大焊件的接合面同時達到對焊所需的再結晶溫度，在頂鍛力的作用下形成牢固的接頭。
由于預熱變壓器次級繞組的兩半個線圈(從中心抽頭處分成L3-1和L3-2)在鐵心上是同向繞制的，而且阻抗相等。因此，當焊接變壓器的次級繞組的感應電流，流過預熱變壓器次級繞組的兩半個線圈時，它們上面的電流方向相反，鐵心上的交變磁力線互相抵消，線圈的感抗幾乎為零，兩半線圈這時只起導線作用，並且兩半線圈上流過的電流強度相等，使對焊接合面得以均勻加熱。對于焊接接合面形狀復雜、尺寸較大的焊件，之所以要設置兩對以上的預熱電極預熱，就是為了使該接合面的加熱均勻，提高接頭質量。
要焊接如圖4所示的鋼窗配件(材料為A3鋼)接頭。根據(jù)從意大利引進的圖紙要求。需采用高頻焊接，接頭的拉力不小于12740牛頓。作為本發(fā)明的實施例，現(xiàn)利用一臺有兩個變壓器(一個預熱變壓器、一個焊接變壓器)、一對預熱電極、一個焊接電極和一個繼電器式控制電路組成的三電極電阻對焊設備(電原理圖如圖3所示)焊接該工件工件是經(jīng)機加工后的半成品，表面有輕微氧化、已無金屬光澤。參照圖1或圖2，先將直徑φ14的圓柱大焊件1用夾具3夾緊，在其焊接部位的橫向兩側的圓柱面上，安置一對預熱電極4，每個預熱電極距焊接部位邊緣2毫米，M8螺桿小焊件2用夾具的鉗口夾牢。伸出長度5毫米，鉗口的內表面設置有焊接電極5，夾鉗與夾具使螺桿小焊件2與圓柱大焊件1始終以1100牛的壓力接觸(此時為線接觸)。調整預熱變壓器初級繞組的工作匝數(shù)，使預熱電流為1550～1600安，合上閘刀，接通電源，控制電路13中的繼電器J1的常開觸點吸合，預熱開始，通點0.4秒時，圓柱體的焊接區(qū)發(fā)紅。螺桿擠入圓柱體中約1毫米，與之全面接觸，此時，時間繼電器SJ1的常開觸點SJ1-2吸合、常閉觸點SJ1-1釋放。繼電器J2的常開觸點也吸合，于是預熱電流被切斷，焊接電流流過焊接面，焊接電流為1450～1500安，很快螺桿的焊接部位也發(fā)紅，0.3秒后，時間繼電器SJ2的常閉觸點釋放，焊接電流被切斷，工件焊接完畢。拉開閘刀，卸下工件，完成一個焊接循環(huán)。焊接中無火花飛濺現(xiàn)象發(fā)生。焊合后，接頭光滑飽滿，整批焊件質量穩(wěn)定?？估囼灡砻鳎斃υ黾拥?1560～24500牛時，小焊件的螺紋處被拉斷，而焊接接頭仍未脫落，焊接效果令人滿意。
利用本發(fā)明的方法和設備對焊件進行電阻對焊有以下優(yōu)點1、可避免使用昂貴的焊接設備(如高頻焊機);本發(fā)明的對焊設備，很容易用現(xiàn)有的電焊設備改裝后，加裝一個控制電路制成，造價低廉，維修方便。
2、當焊件接觸面上無嚴重銹蝕或者有機薄膜存在時，無需對焊件進行仔細加工，不需制作工藝面，焊接前接觸面是否平整對齊、全面接觸，對焊接無關緊要，均可在焊后獲得良好的接頭。
3、焊接時無火花飛濺，不會損傷非焊接面，特別是高光潔度表面和螺紋表面。
4、焊件質量穩(wěn)定，接頭強度高，加工成本低，易于實現(xiàn)自動化。
權利要求
1.一種多電極電阻對焊方法，將準備好的焊件裝牢在夾具上，並使兩焊件間始終以一定的壓力接觸，本發(fā)明的特征在于還包括下列步驟(a)將至少一對(每對兩個)預熱電極在大焊件的焊接部位兩旁對稱地與大焊件良好接觸，焊接電極與小焊件良好接觸；(b)接通電源，使每一對預熱電極間流過一定強度的預熱電流，對大焊件的焊接部位加熱；(c)電路轉換、切斷預熱電流，與此同時，在預熱電極與焊接電極之間通以一定強度的焊接電流，該電流流過兩焊件的接觸面，對該處加熱，使之形成接頭。
2.按照權利要求
1所述方法使用的對焊裝置，它包括一套夾緊並使兩焊件以一定的壓力接觸的夾具，一個焊接變壓器、一套調節(jié)變壓器初級繞組接入電路的匝數(shù)的機構和一組電極，其特征在于(a)還有一個控制預熱電流和焊接電流通斷時間的控制電路;(b)至少有一對(每對兩個)預熱電極、一個焊接電極;(c)還有至少一個預熱變壓器，每個變壓器(含預熱變壓器和焊接變壓器)的初級繞組均與控制電路相連，預熱變壓器的次級繞組均有中心抽頭，這些中心抽頭都與焊接變壓器次級繞組的一端相連，焊接變壓器次級繞組的另一端與焊接電極相連，每個預熱變壓器次級繞組的兩端分別與一對預熱電極相連。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種多電極電阻對焊方法及設備。特別適于對接觸面形狀、尺寸差異較大的兩焊件施行電阻對焊。該方法采取將預熱電流與焊接電流分開的辦法。先使預熱電流僅流過大焊件的焊接部位，待該部位溫升到發(fā)生塑性變形時，才使焊接電流流過兩焊件的接觸面。讓兩焊件的接觸區(qū)同時溫升到對焊所需的再結晶溫度，形成牢固的接頭。電流的轉換由設備中的控制電路自動完成。本設備結構簡單、操作方便可靠、焊件質量穩(wěn)定、加工成本低、利于大批量生產。
文檔編號B23K11/02GK87100118SQ87100118
公開日1988年7月20日 申請日期1987年1月6日
發(fā)明者趙顯國, 肖定忠 申請人:融安縣融江電子機裝配廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan