電阻焊接原理與電阻點(diǎn)焊過(guò)程四個(gè)階段

電阻焊雖然具有勞動(dòng)條件好，不需另加焊接材料，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)；但也受到耗電量大、電極棒更換、被焊材料導(dǎo)電性能、適用的接頭形式、以及可焊工件厚度（或斷面尺寸）等因素的限制。

在動(dòng)力電池的成組工藝中，電阻焊作為一種比較成熟的工藝，被在一些場(chǎng)合應(yīng)用，比如單體與母排的焊接，電池極耳與并聯(lián)導(dǎo)電條的連接等等。由于設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低，在電池行業(yè)發(fā)展早期，應(yīng)用比較多。雖然近年有逐步被更先進(jìn)的激光焊接和超聲焊接替代的趨勢(shì)……不管怎樣，整理一份資料，了解一下這位成型工藝界的前輩。

電阻焊雖然具有勞動(dòng)條件好，不需另加焊接材料，操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)；但也受到耗電量大、電極棒更換、被焊材料導(dǎo)電性能、適用的接頭形式、以及可焊工件厚度（或斷面尺寸）等因素的限制。

電阻焊接原理

電阻焊（resistance welding）是把工件置于一定的電極力夾緊間，然后利用接電流通過(guò)件所析出的電阻熱使被材料熔化，待冷卻后形成可靠點(diǎn)的接方法。

電阻焊基本形式如下圖所示，將即將接的材料 3 夾緊于兩電極 2 之間，在施加一定的接壓力后，接變壓器 1 在接區(qū)釋放較大的電流，并持續(xù)一定的時(shí)間，直到件的接觸面間出現(xiàn)了真實(shí)的接觸點(diǎn)后，再繼續(xù)加大接電流讓熔核持續(xù)地生長(zhǎng)，此時(shí)接材料接觸位置的原子不斷被激活后形成熔化核心 4。

最后接變壓器停止通電，被融化件材料遇冷凝固為點(diǎn)。利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。電阻焊方法主要有四種，即點(diǎn)、縫、凸、對(duì)。

電阻焊點(diǎn)的熱源是電流通過(guò)接區(qū)產(chǎn)生的電阻熱。電阻焊點(diǎn)時(shí)，電流通過(guò)件產(chǎn)生的熱量可由下式確定：

Q=I^2Rt

Q——產(chǎn)生的熱量（J）；

I——接電流（A）；

R——兩電極之間的電阻（Ω）；

T——通電時(shí)間（s）。

上述公式表明決定電阻焊接的熱量是焊接電流、兩電極之間的電阻及通電時(shí)間三大因素。但其中熱量的大部分是用來(lái)形成點(diǎn)焊的焊點(diǎn)，而少部分卻分散流失于焊點(diǎn)周圍的金屬中。形成一定焊點(diǎn)所需的電流與通電時(shí)間有關(guān)，若通電時(shí)間很短，則點(diǎn)焊時(shí)所需的電流將增大。

兩電極之間的電阻R隨電阻焊方法的不同而不同，電阻點(diǎn)焊的電阻R是由兩焊件的內(nèi)部電阻Rw、兩焊件之間的接觸電阻Rc和電極與焊件之間的接觸電阻Rcw組成。

電阻焊基本分類：

電阻焊分為點(diǎn)焊、縫焊、凸焊和對(duì)焊。其中點(diǎn)焊是應(yīng)用較廣的方式。

點(diǎn)焊，是利用柱狀電極加壓通電，在搭接工件接觸面成一個(gè)點(diǎn)的接方法。后面會(huì)有詳細(xì)內(nèi)容。

縫焊，焊件裝配成搭接并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法，稱為縫焊?？p焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu)。

1-上焊件；2-下焊件；3-上電極；4-下電極；5-焊機(jī)電源

凸焊，在一個(gè)工件上有預(yù)制的凸點(diǎn)，凸焊時(shí)一次可在接頭處形成一個(gè)或多個(gè)熔核。凸焊是點(diǎn)焊的一種變型形式。

對(duì)焊，是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法。除了電阻對(duì)焊，相關(guān)的還有閃光對(duì)焊。

電阻對(duì)焊：將焊件裝配成對(duì)接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。電阻對(duì)焊主要用于截面簡(jiǎn)單和強(qiáng)度要求不太高的焊件。

閃光對(duì)焊：將焊件裝配成對(duì)接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn)，在大電流作用下，產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。

電阻點(diǎn)焊過(guò)程四個(gè)階段

點(diǎn)焊時(shí)，先加壓使兩個(gè)工件緊密接觸，然后接通電流。電流流過(guò)所產(chǎn)生的電阻熱使局部金屬被熔化形成液態(tài)熔核。斷電后，繼續(xù)保持壓力或加大壓力，使熔核在壓力下凝固結(jié)晶，形成組織致密的點(diǎn)。焊完一個(gè)點(diǎn)后，電極（或工件）將移至另一點(diǎn)進(jìn)行焊接。

當(dāng)焊接下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，有一部分電流會(huì)流經(jīng)已焊好的點(diǎn)，稱為分流現(xiàn)象。分流將使焊接處電流減小，影響焊接質(zhì)量，因此兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間應(yīng)有一定距離。影響焊點(diǎn)質(zhì)量的主要因素有接電流、通電時(shí)間、電極壓力和工件表面清理情況等。點(diǎn)焊主要適用于薄板件，每次一個(gè)點(diǎn)或一次多個(gè)點(diǎn)。

通常，電阻點(diǎn)焊過(guò)程是由預(yù)壓、接、維持和休止四個(gè)階段所組成的，接時(shí)間、接電流以及電極電壓是其基本參數(shù)。如下圖所示為點(diǎn)過(guò)程中四個(gè)基本階段的時(shí)序圖。

預(yù)壓階段：此階段主要完成了電極力的施加，在電極與件接觸后，保持恒定的電極壓力加持，以確保電流通道在通電過(guò)程中保持穩(wěn)定，因此預(yù)壓階段需要有一定持續(xù)時(shí)間。

焊接階段：此階段作為熔核成型主要階段，要求有效的接電流保持基本不變，或在小范圍內(nèi)浮動(dòng)變化。在此階段，焊區(qū)的溫度分布經(jīng)過(guò)非常復(fù)雜的變化之后逐漸穩(wěn)定下來(lái)。

起初時(shí)，件間輸入熱量遠(yuǎn)大于消散熱量，因此焊接區(qū)溫度快速攀升，同時(shí)形成高溫連接區(qū)，由于此時(shí)外部空氣與焊接中心的熔化件處于阻隔狀態(tài)，因此焊件材料的不會(huì)與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)。一定時(shí)間后，熔化區(qū)區(qū)域變大，其塑性環(huán)也跟隨變大，直到輸入熱量與散失熱量達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。

維持階段，此階段中電極還是保持和前兩個(gè)階段相同的狀態(tài)，只是此時(shí)不再有接電流通過(guò)。此階段主要是完成熔核中熱量的消散，以冷卻形成可靠點(diǎn)。

休止階段：此階段電流大小和電極壓力均為零。在電極回升的同時(shí)，移開(kāi)被焊物體，開(kāi)始準(zhǔn)備下一個(gè)焊接過(guò)程。

點(diǎn)焊電極常見(jiàn)布置方式

點(diǎn)焊按電極與被焊接材料的接觸方式不同可分為：上下對(duì)碰法、平行間接法、平行法三類。下圖所示為不同接觸方式的點(diǎn)焊示意圖。

圖a所示為上下對(duì)碰法，所有的通用點(diǎn)焊機(jī)均采用這個(gè)方法。它從焊件上、下兩側(cè)饋電，適用于小型零件和大型零件周邊各焊點(diǎn)的爆接。

圖b所示為平行法，從一側(cè)饋電時(shí)盡可能同時(shí)焊兩點(diǎn)以提高生產(chǎn)效率。單面饋電會(huì)存在分流現(xiàn)象，當(dāng)點(diǎn)焊間距過(guò)小時(shí)將無(wú)法焊接。有些情況，可在工件下面加設(shè)銅墊板，以降低通路的電阻，從而減輕分流；若設(shè)計(jì)允許，在焊件的上層板兩焊點(diǎn)之間沖一窄長(zhǎng)缺口，便可使分流電流大幅下降。

圖c所示為平行間接法，在焊件單側(cè)饋電，當(dāng)零件一側(cè)電極的可達(dá)性很差或零件較大、二次回路又過(guò)長(zhǎng)時(shí)可采用這一方式。此方法的缺點(diǎn)是存在分流，為減輕分流可在另一側(cè)加設(shè)銅墊并作為單作用支點(diǎn)。

點(diǎn)焊參數(shù)對(duì)焊接效果的影響

影響動(dòng)力電池組點(diǎn)焊質(zhì)量的因素有很多，電阻點(diǎn)焊的兩電極之間的電阻、點(diǎn)焊過(guò)程中的電流分流、焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力和焊接電源方式的選擇等均會(huì)對(duì)點(diǎn)焊的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。在這之中焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力與焊接電源方式的選擇是影響點(diǎn)焊質(zhì)量的最大影響因素。

焊接電流，可以通過(guò)以下途徑對(duì)點(diǎn)焊的加熱過(guò)程產(chǎn)生影響：

一是調(diào)節(jié)焊接電流有效值的大小，可使內(nèi)部電源的熱量發(fā)生顯著變化；

二是由于點(diǎn)焊時(shí)在兩焊件接觸點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)電流集中收縮，導(dǎo)致該處集中加熱，首先出現(xiàn)塑性連接區(qū)，形成點(diǎn)焊時(shí)的不均發(fā)熱過(guò)程，為改變這種不利因素，可選擇不同的焊接電流波形、改變電極形狀和端面尺寸等，都可改變電流場(chǎng)的形態(tài)，并控制電流的密度分布，以達(dá)到控制溶核形狀及位置的目的。

隨著焊接電流的增大，所產(chǎn)生的電阻熱增多，與之相應(yīng)的點(diǎn)焊溶核和接頭的抗剪強(qiáng)度獲得提高。但若焊接電流過(guò)大，反而會(huì)導(dǎo)致母材過(guò)熱，甚至?xí)闺姌O端面損耗加重。

通電時(shí)間，點(diǎn)焊時(shí)，電流通過(guò)兩電極所產(chǎn)生的熱量，一部分用于加熱焊接區(qū)形成焊點(diǎn),稱為有效熱量，對(duì)于一定的焊件材料和一定的焊接區(qū)金屬體積的情況下，這部分的熱量是一定的，它與加熱時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)；另一部分則在加熱的同時(shí)，被傳到電極、焊接區(qū)周圍冷金屬和空氣中，稱之為損失熱量，它是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的。

如果瞬時(shí)地進(jìn)行焊接，那么損失熱量將等于零，總熱量等于有效熱量。所以要增加總熱量時(shí)，不能采用任意延長(zhǎng)焊接時(shí)間的方法。

電極壓力，首先，電極壓力對(duì)兩電極間的總電阻影響顯著，從而影響點(diǎn)焊過(guò)程中焊接熱量的多少。其次,電極壓力對(duì)焊接接頭的散熱性能有很大影響。當(dāng)采用過(guò)小的電極壓力時(shí)，兩電極之間的電阻增大，產(chǎn)生了更多的焊接熱量，而此時(shí)焊接接頭的散熱性較差，易引發(fā)前期飛濺；

當(dāng)電極壓力過(guò)大時(shí)，兩電極之間電阻較小，電流密度減小，導(dǎo)致焊接熱量不足，而且接頭散熱量好轉(zhuǎn)，這些都導(dǎo)致溶核尺寸變小，焊透率下降，嚴(yán)重時(shí)造成虛焊。在選擇電極壓力時(shí)，應(yīng)選擇不產(chǎn)生飛濺時(shí)的最小電極壓力，即節(jié)能又能保證焊接質(zhì)量。

焊接電源，電阻點(diǎn)焊設(shè)備通常由主電源，控制裝置及機(jī)械裝置三個(gè)主要部分構(gòu)成。其中，焊接主電源作為其中最重要的一部分，選擇符合需要的可控制的焊接電源是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

交流式焊接電源是利用變壓原理將由交流380V電網(wǎng)的輸入經(jīng)變壓后得到低電壓的大電流。交流式焊接電源是所有的電阻焊電源中應(yīng)用最廣泛的一種。其通用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、易控制、維護(hù)簡(jiǎn)單，被廣泛用于碳素鋼、奧氏體不銹鋼等電阻率較高材料的點(diǎn)焊。

但是，其功率因素低，僅為0.4-0.5；對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，可能會(huì)影響其他用電設(shè)備的正常使用；其焊接時(shí)最短放電時(shí)間為1/2波，即0.01s，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)爆接的精確控制，不適合特殊材料的高標(biāo)準(zhǔn)焊接。

逆變式焊接電源，工作原理是先將輸入的三相交流電整流成直流電，經(jīng)濾波后得到的波動(dòng)較小的直流電，然后由IGBT將直流電逆變?yōu)橹蓄l交流電輸入到變壓器，再經(jīng)降壓整流獲得的直流電供到電極對(duì)工件進(jìn)行焊接。

逆變式焊接電源具有以下優(yōu)勢(shì)：逆變系統(tǒng)受供電系統(tǒng)影響很小，三相負(fù)載平衡，對(duì)焊接電流的控制和測(cè)量精度都得到了很大提髙；只是交流式焊接電源的1/3的質(zhì)量和體積，輕便快捷；使用直流電進(jìn)行焊接，沒(méi)有過(guò)零現(xiàn)象，熱效率得到大大提高，而且比較節(jié)能。因此，逆變式焊接電源在高速自動(dòng)化的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。

另外還有兩種常見(jiàn)電源，次級(jí)整流式焊接電源是在交流式焊接電源的基礎(chǔ)上加入整流器進(jìn)行改進(jìn)得來(lái)的，溫升快，且焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定；焊接通用性很強(qiáng)，可用于焊接各類金屬材料，且能獲得比交流式電源更好的焊接效果。電容儲(chǔ)能式電源是利用電容器的儲(chǔ)能作用，開(kāi)始電容器從電網(wǎng)中吸收能量，當(dāng)焊接工件時(shí)，電容器在短時(shí)內(nèi)完成放電，經(jīng)變壓器變壓后向被焊工件放電。目前小功率的電容儲(chǔ)能式焊機(jī)得到了大范圍使用。

電阻焊常見(jiàn)接問(wèn)題

焊點(diǎn)被燒穿：

焊點(diǎn)壓痕過(guò)大：

焊點(diǎn)太小或強(qiáng)度不夠：

焊點(diǎn)有燒痕或劃痕：

焊接時(shí)飛濺大：

焊點(diǎn)有裂紋：

案例，圓柱模組母排連接

馬聰在他的論文《電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組的點(diǎn)工藝研究》中，介紹了一種圓柱形電池模組焊接相關(guān)研究成果。

某型號(hào)新能源電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)所使用的動(dòng)力電池組，該電池組由若干個(gè)鍍鎳鋼帶殼體18650單體鋰離子電池組成，經(jīng)鍍鎳連接片串并聯(lián)后向電動(dòng)汽車供電。電池連接片的厚度0.2mm，鋰離子電池外殼的厚度為0.25mm，兩者都為薄板。動(dòng)力電池外殼所用的鍍鎳深沖鋼帶鍍鎳層，要求鍍鎳層厚度為3-10μm。

評(píng)定材料的點(diǎn)焊可焊性的指標(biāo)有：材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，材料電導(dǎo)率小而且熱導(dǎo)率越大的金屬材料其點(diǎn)焊的焊接性越差；材料的高溫強(qiáng)度和可塑性區(qū)間溫度范圍，高溫屈服強(qiáng)度大、塑性溫度區(qū)間窄的材料其焊接性能差；材料與電極粘損傾向，易與電極發(fā)生粘附的材料，點(diǎn)焊性較差；材料的熱敏感性，易產(chǎn)生與熱循環(huán)作用有關(guān)缺陷的材料其點(diǎn)焊性較差。

影響接質(zhì)量的主要參數(shù)包括電極壓力，接時(shí)間，接電流三個(gè)。有研究針對(duì)其影響力的大小進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）對(duì)接接頭的影響大小依次為接電流>接時(shí)間>電極壓力。即接電流I 對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度影響最大，其次是接時(shí)間t，再其次是電極壓力p。（2）獲得良好接接頭的組合是A1B2C3，即接電極壓力最小，接時(shí)間中等，接電流最大的形式。