【正文】 3）鍛壓階段 鍛壓是在切斷焊接電流后，電極繼續(xù)對焊點擠壓的過程，對焊點起著壓實作用。在圓柱體周圍的金屬因電流密度小，溫度不高，其中靠近熔化核心的金屬溫度較高，達到塑性狀態(tài)，在壓力作用下產生焊接，形成一個塑性金屬環(huán)，緊密的包圍著熔化核心，不使熔化金屬向外溢出。尤其是在焊件之間的接觸面處溫度很高首先熔化，形成熔化核心。（2） 通電加熱階段通電加熱時為了供焊件之間形成所需的熔化核心。若壓力不足，則接觸電阻過大，導致焊件燒穿或將電極工作面燒損。 1．阻焊變壓器 圖21 電阻點焊原理圖 焊點的形成 點焊的形成可以分為彼此相連的三個階段：預加壓力，通電加熱和鍛壓。第二章 鋁合金電阻點焊工藝特點分析 電阻點焊的原理及特點 電阻點焊是在電極壓力的作用下，通過電阻熱加熱熔化金屬，斷電后在壓力下結晶而形成焊點的工藝方法。本文在總結前人工作的基礎上，分析了鋁合金電阻點焊的特點以及缺陷，設計試驗分析了不同焊接參數對鋁合金電阻焊焊接接頭的影響，使用正交設計的實驗方法來研究鋁合金的點焊質量以及電阻點焊工藝參數對鋁合金點焊接質量的影響，獲得最佳焊接工藝參數，完成鋁合金電阻點焊的加工工藝設計。該工藝與通常采用的雙脈沖點焊工藝相比，可顯著提高接頭強度和疲勞性能—[17]。為點焊質量監(jiān)控技術開辟了一條新道路，從“質”的方面根本改善了點焊接頭質量。(3)點焊熔核孕育處理理論與方法的研究，已取得很好的研究成果，或等了全部凝固組織為等軸晶的點焊熔核，使全部為柱狀晶的點焊熔核貼合而出現等軸晶區(qū)，縮小熔核柱狀晶區(qū)，使凝固組織晶粒顯著細化。(1)通過把鋁合金點焊的焊接性能和電極壽命試驗，提出:在鋁合金兩面分別鍍不同厚度的鉻酸鹽層，使它與電極的接觸電阻相對較小，加速熔核形成，既保證了街頭的性能，又能提高電極的使用壽命。應該說，在目前能量控制的理論依據及如何實現能量控制還沒得到很好的解決—[17]。從理論上說，能量控制是點焊質量控制中的最為本質的方法。而主要針對低碳鋼點焊問題所提出的以保證熔核大小穩(wěn)定為目標的各種控制方法并不適合與鋁合金點焊，尤其是對工件電極的粘連問題和焊點表面成形質量差的問題更是無能為力。鋁合金點焊的焊點質量不僅包括了熔核尺寸的波動，而且也包括飛濺和噴濺嚴重，焊點表面成形質量差及工件與電極易出現粘連等。所以，鋁合金電阻點焊過程很難用焊接電參量的變化來描述。 a 焊第一點后 b焊完第50點后 圖12電極表面的粘接和燒損情況3 缺乏有效的焊接質量控制方法鋁合金的電阻率低，其阻溫系數也比較小。從理論上說，只要破壞了成分，溫度和反應時間中的一個條件，就可以克服或減弱電極燒損。電極燒損實質上是電極表面銅鋁合金化反應的問題。在連續(xù)點焊過程中，電極表面不連續(xù)程度的增加也加劇了電極工件間局部熔化和飛濺的產生，同時也加劇了銅鋁合金化反應的程度，如圖12所示。銅鋁合金化反應生成合金層的主要成分為CuAl2 金屬間化合物，其電阻率為銅的5倍左右。2 電極燒損嚴重，使用壽命短由于電極工件間的接觸電阻較大，鋁合金工件的導熱率也較大，而鋁合金點焊又是采用硬規(guī)范進行焊接，所以電極工件間接觸面上的溫度較高。另一方面，由于鋁合金是非導磁材料，液態(tài)熔核區(qū)的流動速度非常小，熔核在凝固時極易形成縮孔，縮松和氣孔。（4）熔核內部易產生缺陷。另外，點焊過程又受工件表面狀態(tài)，電極壓力，焊接電流等因素的影響。電極工件表面上的局部熔化，飛濺及電極與工件的粘連，嚴重破壞了電極表面的連續(xù)性。在硬規(guī)范條件下，這種宏觀上的不連續(xù)接觸更家具了飛濺，局部熔化及粘連的產生，對焊點的表面質量更為不利。電極與工件的粘連及飛濺嚴重破壞了電極表面的連續(xù)性。鋁和鋁合金容易形成低熔點（547℃）共晶物，并且這種低熔點共晶物的電阻率比較大。如圖 11 所示熔核噴濺和表面飛濺缺陷。另一方面，鋁合金材料熔點低，加熱熔化時的塑性溫度區(qū)間窄，所以很容易在工件間接觸面上造成噴濺，在電極工件間造成飛濺。鋁元素非?；顫?，在鋁合金材料表面非常容易形成氧化膜，這層氧化膜組織致密，熔點極高，導電性能極差，這就使得接觸電阻比較大。與低碳鋼相比，鋁合金具有很好的導電，導熱性能，其電阻率僅為鋼的三分之一，而導熱率卻為鋼的24倍。目前鋁合金電阻點焊所存在的問題主要有以下幾方面：鋁合金點焊焊點質量不穩(wěn)定主要體現在以下四個方面。鋁合金電阻點焊技術還存在著飛濺問題、焊點表面成型質量問題及點焊接頭的焊接質量不穩(wěn)定等問題，這些問題皆與電極的磨損及其工作壽命存在著密切的關系。由于鋁合金在其物理性能上的特殊性，使它在電阻點焊可焊性方面與常用冷軋低碳鋼相比有其一定的特點 其中存在的最嚴重的問題是電極的燒損及壽命問題。此外，鋁及其合金的線脹系數大．導熱性又強，焊接時容易產生翹曲變形。因此，對鋁合金點焊進行研究是非常必要的，并且在目前它已成為焊接研究領域中的熱點?？梢哉f，鋁合金電阻點焊技術已經成為鋁合金在汽車，航空航天等領域推廣應用的一個主要制約因素。與點焊相比，其具有剛性差，重量大等缺點。在航空航天領域，為減輕飛行器的重量，大量的薄板結構采用了鋁合金材料。如新近推出的采用第二代鋁合金空間架構（ASF）的“奧迪A2”就采用了MIG焊工藝和激光焊，但這些工藝并不適合汽車的規(guī)?；瓦B續(xù)化生產。但是，鋁合金點焊所存在的問題限制了點焊在鋁合金汽車生產中的應用。目前經濟發(fā)達國家已開始進行鋁合金汽車的研制，一些公司現已推出了鋁合金汽車，如美國通用公司推出的“Precept”，福特公司推出的“合成210”,德國寶馬公司推出的“528”，德國大眾推出的“奧迪A8”及推出的“奧迪A2”，現已都批量生產。 鋁合金材料是實現汽車輕量化得理想材料，鋁合金的比重是碳鋼的1/3,采用鋁合金材料制造汽車車身，在保證具有與鋼同樣強度和剛度的前提下，車身重量可減少50%，整車重量可減少10%，同時可以減少相同數量的燃油消耗和環(huán)境污染。在我國，汽車燃油的比例高達85%，據國際制造商協會統(tǒng)計，2011年全世界汽車生產總量為5754萬輛，我國汽車產量也達到萬輛，已居世界第8位，居估算，燃油汽車給城市造成了至少30%以上的空氣污染，汽車排放所造成的污染已成為當今社會的一大公害，從80來年代世界各國尤其是發(fā)達國家就開始研究采取各種措施來減少汽車能源的消耗和排放污染。 鋁合金電阻點焊研究的必要性能源短缺和環(huán)境污染已經成為目前制約全球經濟，社會發(fā)展的兩大問題。因此，為了推廣鋁合金在汽車、家電等行業(yè)中的應用，必須對鋁合金的點焊性能作進一步深入細致的研究。近年來，汽車工業(yè)發(fā)達國家都有鋁制車體的概念車或批量生產的車型問世，而我國在汽車車體輕量化應用研究方面基本屬于空白。鋁及其合金是汽車輕量化的最重要材料，同時鋁的消費指標及生產能力也是衡量一個國家和地區(qū)工業(yè)發(fā)展基礎和技術進步程度的重要標志—[1]。為保證焊接質量，研究鋁合金等新材料的電阻點焊性能已成了非常迫切的任務。在汽車制造業(yè)長期以來廣泛應用的電阻點焊工藝方法，具有機械化、自動化程度高、生產率高、焊接質量可靠的特點。湖北工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文）鋁合金電阻點焊的加工工藝研究畢業(yè)論文目錄40第一章 緒論 1 前言 1 鋁合金電阻點焊研究的必要性 1 鋁合金點焊所存在的問題及現狀研究 3 所存在的問題 3 問題的研究 6 本文研究的內容以及方案 7第二章 鋁合金電阻點焊工藝特點分析 8 電阻點焊的原理及特點 8 焊點的形成 8 點焊的工藝參數 9 點焊的焊接循環(huán) 10 點焊的應用 10 鋁合金電阻點焊的工藝特點 11 焊接性能分析 11 工藝特點及分析 12 工藝措施及焊機的選擇 13 微量元素在鋁合金電阻焊中的作用 13 焊前的工件清理 14 15 本章小結 17第三章 鋁合金點焊的試驗設計及其分析 18 實驗材料及設備 18 實驗材料 18 試驗設備 18 試驗方法 19 加壓方式 20 實驗參數 21 試驗結果 21 實驗結果分析 24 焊接電流不同對工藝的影響 24 焊接時間不同對接頭的影響 25 電極壓力對接頭性能的影響 26 點焊缺陷及其影響 27 未熔合與未完全熔合 27 縮孔、裂紋與結合線伸入 28 表面燒傷、燒穿和噴濺 29 過燒和晶間腐蝕 29 本章小結 30第四章 鋁合金電阻焊的加工參數優(yōu)化設計 31 引言 31 點焊工藝參數優(yōu)化的理論基礎 31 正交實驗法的基本思路 31 正交試驗的理論基礎 31 鋁合金電阻點焊的正交實驗設計 34 實驗數據分析 35 實驗結論 36 本章小結 36致謝 38參考文獻 39 第一章 緒論 前言隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，對工業(yè)產品(特別是汽車)外殼用材的性能提出了更高的要求，并促進了產品鋼材的更新換代。例如：為了減輕車身總體質量，節(jié)省能源消耗，世界各大汽車公司正在開發(fā)鋁合金或高強鋼車身的汽車．鋁合金的應用和鋁合金焊接技術的發(fā)展是相輔相成的，汽車上的鋁合金結構件多數要求焊接．并要求焊縫有良好機械性能。將單個零件拼接成車身結構的工作屬于汽車制造商的核心技術。近年來，各國焊接工作者就此做了大量的理論及實際研究工作，并取得了一定的成績。鋁合金電阻焊連接技術在汽車車體組裝過程中占有重要地位，是汽車車體生產的關鍵技術。在國產化的鋁合金汽車車體研究中，采用傳統(tǒng)的電阻點焊技術，遇到許多困難：如設備投資巨大、電力消耗嚴重、焊接質量不穩(wěn)定及需要進行大量鋁合金電阻點焊工藝研究開發(fā)等(目前，國內在鋁合金電阻點焊方面仍存在許多有待解決的問題)。在各種焊接方法中，點焊具有靜強度高、可靠性好、性能穩(wěn)定、生產效率高和易于實現自動化等優(yōu)點，因此目前在汽車車身結構上被廣泛采用。交通運輸業(yè)是導致能源短缺和環(huán)境污染尤其是空氣污染的一個主要因素，在美國該行業(yè)的石油消耗占到了石油消耗的三分之二，其中汽車燃油的比例為75%。為此，美國制定了PNGV計劃德國制定了3升汽車計劃，汽車的輕量化是其中非常重要的一個途徑，輕量化已經成為汽車發(fā)展的主要方向，對降低汽車能源消耗和減少環(huán)境污染是至關重要的。鋁合金材料還被稱為“綠色材料”，可反復回收利用，回收重熔鋁合金所需能量僅是生產新鋁合金所需能量的5%，而再生鋁合金材料能夠保持原有材料的性能，而不像一般碳鋼具有良好的防腐性能，其表面只需稍加處理就可獲得滿意的防腐性能，而電鍍，鍍鋅等處理不僅工藝復雜，成本高，而且環(huán)境污染嚴重。 由于電阻點焊具有焊接質量可靠，生產效率高且易實現機械化和自動化等優(yōu)點，在汽車工業(yè)領域獲得了廣泛應用，現在它已成為汽車制造領域中的主導加工工藝。目前國外推出的鋁合金汽車很少單獨采用電阻點焊工藝，而大多采用氣保焊，激光焊，膠焊等連接工藝。為實現鋁合金汽車的大規(guī)?；a，就必須開展鋁合金材料電阻點焊的研究。電阻點焊是薄板結構最理想的連接工藝，鋁合金點焊所存在的問題使得這些板筋結構目前的連接工藝還是鉚接。若解決了鋁合金電阻點焊問題，大量采用點焊工藝，飛行器的重量將會進一步降低，動力學性能也會得到進一步的提高。隨著科技的發(fā)展，鋁合金材料將會在更多的領域得到廣泛的應用。 鋁合金點焊所存在的問題及現狀研究 所存在的問題鋁及其合金的化學活性很強，表面極易形成氧化膜，且多具有難熔性質(如A1203的熔點約2050℃，MgO熔點約為2500℃)，加之鋁及其合金導熱性強，焊接時容易造成不熔合現象。研究人員對鋁合金點焊接頭本身的性能進行了研究，并指出：在鋁合金點焊中還經常存在微型空洞、裂紋等不連續(xù)缺陷以及過深的壓痕等現象，熔核尺寸對接頭的靜載強度影響很大，但對其疲勞強度影響很小—[14]。對于一般低碳鋼的點焊，電極壽命可以達到幾千點．而鋁合金的點焊一般僅能達到幾十點。因此，電極磨損及壽命問題是鋁合金電阻點焊技術的關鍵問題。(1)噴濺與飛濺嚴重。所以，為獲得合格的焊點，在相同的條件下鋁合金就需要更大的焊接電流，即需要使用硬規(guī)范進行焊接。在硬規(guī)范焊接條件下，接觸面上產生較多的熱量。噴濺和飛濺的產生會帶走部分熱量和熔化金屬，嚴重影響了熔核直徑的大小，對焊質量極為不利。 a 熔核的噴濺 b 表面飛濺 圖 11 熔核噴濺和表面飛濺缺陷(2)焊點表面質量差。鋁合金工件較大的熱導率及接觸面上較大的熱產量使得電極工件接觸面上產生局部熔化并發(fā)生較為劇烈的共晶反應，以致出現電極與工件的粘連，惡化了焊點的表面質量。進而惡化了后續(xù)焊點焊接時電極與工件間的接觸狀態(tài)，使電極工件間的接觸由起始宏觀上的連續(xù)接觸變?yōu)楹暧^上的不連續(xù)接觸。（3）熔核尺寸波動大。并且在連續(xù)點焊過程中電極表面的不連續(xù)性具有較強的隨機性，這使得電極工件間及工件間的接觸狀態(tài)和不穩(wěn)定。鋁合金點焊對各種因素的變化非常敏感，因此連續(xù)點焊中熔核直徑波動較大。與弧焊相比，鋁合金在點焊時金屬的熔化量較少，其導熱系數比較大，所以熔