CN87100118A

CN87100118A - 多电极电阻对焊方法及设备

Info

Publication number: CN87100118A
Application number: CN 87100118
Authority: CN
Inventors: 赵显国; 肖定忠
Original assignee: RONGJIANG ELECTRIC APPLIANCE FABRICATION FACTORY RONG-AN COUNTY GUANGXI
Current assignee: RONGJIANG ELECTRIC APPLIANCE FABRICATION FACTORY RONG-AN COUNTY GUANGXI
Priority date: 1987-01-06
Filing date: 1987-01-06
Publication date: 1988-07-20

Abstract

本发明涉及一种多电极电阻对焊方法及设备。特别适于对接触面形状、尺寸差异较大的两焊件施行电阻对焊。该方法采取将预热电流与焊接电流分开的办法。先使预热电流仅流过大焊件的焊接部位，待该部位温升到发生塑性变形时，才使焊接电流流过两焊件的接触面。让两焊件的接触区同时温升到对焊所需的再结晶温度，形成牢固的接头。电流的转换由设备中的控制电路自动完成。本设备结构简单、操作方便可靠、焊件质量稳定、加工成本低、利于大批量生产。

Description

本发明涉及一种多电极电阻对焊方法及设备，特别适于焊接接触面形状和尺寸差异较大的焊件。

常规的电阻对焊机有两个电极，它利用电流流过被焊工件时产生的电阻热，使连接处局部被加热到发生塑性变形，並接近半熔化状态后，加压顶锻，实现焊接。焊件在高温下通过塑性变形，容易在接合面产生共同晶粒，形成接头。为了获得优良的对焊接头，必须为金属接触面间形成共同晶粒创造以下条件：

1、焊件在对口处的整个接触表面上，要加热均匀、温度适当，而且在焊口附近要形成一定的温度区，为此，两焊件接触面要尽量平整对齐，否则会产生部分焊合、部分未焊合的缺陷。

2、接触面上不应有阻碍金属原子间相互作用和结晶的氧化物杂质。氧化物的形成来自两个方面：一为焊前焊件表面清理不干净，有残留氧化物;二为高温时接触面受空气的侵蚀而氧化。

3、被焊金属应具有良好的高温塑性，通过顶锻，能使焊接区产生足够的、並大体均匀一致的塑性变形。

为了满足上述条件，恰当的选材以及焊前对焊件进行去除有机薄膜、锈、氧化膜和其它污物的清理，是必要的;特别要保证焊件在对口处的整个接触面上要平整对齐，以便加热均匀。为此，两焊件接触面的几何形状和尺寸应基本一致。生产中，一般要求园形棒料的直径、方形棒料的边长或者管状料的壁厚的大小差值不超过10%～15%。否则，必须预先在大焊件上加工出工艺面，使该工艺面的形状、尺寸与小焊件的接触面的形状、尺寸基本一致。这就大大限制了电阻对焊的应用范围，使得某些应该采用电阻对焊的焊件，不得不采用其它诸如高频焊接等昂贵的方法进行焊接。根据西北工业大学毕惠琴主编的《焊接方法及设备》（机械工业出版社1981年版）、北京市技术协作委员会编的《实用焊接手册》（水利电力出版社1985年版）、以及.Б.Д.奥尔洛夫主编的《接触焊工艺和设备》（国防工业出版社1980年版）等国内外资料报导，电阻对焊的这种应用限制还未获得突破。

本发明的任务就是要提供一种多电极的电阻对焊方法和设备，用这种方法和设备焊接接触面形状、尺寸差异较大的焊件，不但能获得优良的焊接接头，而且无需制作工艺面。

本发明的任务是通过下述的办法实现的：采用多个电极、多个变压器和一个控制电路，将预热电流的流向与焊接电流的流向分开;至少有一对（两个）电极与大焊件接触，一个电极与小焊件接触;先在与大焊件接触的两个电极之间通以预热电流，对大焊件的焊接区进行加热，待该区温升到发生塑性变形（受小焊件的挤压而变形）时，再在大、小焊件之间通以焊接电流，对两焊件的接触部位加热。严格控制通电的时机、时间和两焊件间的顶锻力（即挤压力），两焊件接合面就可形成优良的接头。

下面结合附图，详细说明本发明的方法和设备。

图1是大焊件上通以预热电流时的示意图。

图2是在大、小焊件间通以焊接电流时的示意图。

图3是本发明的电阻对焊设备有三个电极时的电原理图。

图4是实施例的钢窗配件焊接图。

图1和图2中，1-大焊件，2-小焊件，3-夹具，4-预热电极，5-焊接电极，6-预热变压器铁心，7-预热变压器初级绕组，8-预热变压器次级绕组，9-初级绕组匝数调节机构，10-焊接变压器铁心，11-焊接变压器初级绕组，12-焊接变压器次级绕组，13-控制电路，14-对焊接合面。

本发明的方法包括下列步骤：

（a）将准备好的焊件装牢在夹具上，並使两焊件之间始终以一定的压力接触;

（b）将至少一对（每对两个）预热电极。在大焊件的焊接部位两旁，对称地与大焊接件良好接触，焊接电极与小焊接件良好接触;

（c）接通电源，使每一对预热电极间流过一定强度的预热电流，对大焊件的焊接部位加热;

（d）电路转换，切断预热电流，与此同时，在每对预热电极与焊接电极之间通以一定强度的焊接电流，该电流流过两焊件的接触面，对该部位加热，使之形成接头。

作为本发明的方法所使用的焊接设备，它包括：

（a）夹紧並使两焊件以一定的压力接触的夹具;

（b）一个控制预热电流和焊接电流通断时间的控制电路;

（c）至少一对（每对两个）预热电极和一个焊接电极;

（d）至少有两个变压器，其中一个是焊接变压器，其余的是预热变压器，每个变压器的初级绕组均与控制电路连接，预热变压器的次级绕组均有中心抽头，这些中心抽头均与焊接变压器次级绕组的一端相连，焊接变压器次级绕组的另一端与焊接电极相连，每个预热变压器次级绕组的两端分别与一对（每对两个）预热电极相连。

（e）一套调节变压器初级绕组接入电路的匝数的机构。

本发明的方法采用一级加压，即预热时的挤压力和焊接时的顶锻力始终是相同的。为防止焊接中接合部位发生错移。接通电源前，应用夹具将大、小焊件分别夹牢，夹具可以与电极做成一体，也可以单独设计。每一对预热电极应尽量靠近大焊件的焊接部位对称布置。以免预热和塑性变形的区域太大、受热不均匀。对于焊接接合面尺寸较小的大焊件，只需使用一对预热电极预热，对于接触面形状复杂、尺寸较大的焊件，可以同时使用两对以上的预热电极，以提高预热的效果和速度。必须注意，每一对的两个预热电极都要在大焊件上，以焊接部位为中心对称布置，否则将导致受热不均匀而影响焊接效果。仅对大焊件的焊接部位预热，是由于在焊接加热阶段，大焊件的温升比小焊件的缓慢。为了使大、小两焊件的焊接部位，在焊接电流的加热时，同时达到顶锻所需的再结晶温度、容易形成共同晶粒。大焊件的预热是不可少的。本发明的电阻对焊方法所采用的焊接规范参数，如预热电流密度、预热电流通电时间、焊接电流密度、焊接电流通电时间、顶锻压力以及工件外伸长度等。可根据工件的形状、大小、材质等情况。参照普通的电阻对焊的焊接规范选择。並通过试验确定其最佳值。

本发明的方法的最大特点是将预热电流与焊接电流分开。为此，它所使用的对焊设备就要有两个以上的变压器。其中，一个是焊接变压器，其余的是预热变压器，每个变压器的铁心可以是各自独立的，也可以将各预热变压器的初、次级线圈绕在同一个铁心上。但是，各个预热变压器的性能、参数应一致。而且预热变压器的铁心必须与焊接变压器的铁心分置。各变压器的初级绕组的线圈匝数是可调的。並与控制电路的输出端连接，控制电路的输入端与市电连接。由于控制电路设置在变压器的初级端，该端的电压不高（220伏或380伏）、电流也不大。因而容易实现电路转换，也容易通过调整初级绕组接入控制电路的匝数，来改变次级端的电压和电流的大小，以适应不同工件的焊接需要。控制电路可以是由继电器组成的电路，也可以是半导体器件组成的开关电路。

本对焊设备在接通电源后，先进入大焊件预热阶段，这时，控制电路使预热变压器的初级端通电，在其次级端感应出预热电流。参与预热工作的预热变压器的个数，根据所需焊接的工件来决定：当焊接面的形状复杂、尺寸较大时，可使用两个或三个预热变压器提供预热电流。一般只需一个预热变压器就可以了。预热时，焊接变压器的初级线圈不通电，其次级线圈无感应电流。因而，焊接电极与预热电极间无电流，对焊接合面上无电流流过。因此不会造成小焊件温度上升过快，甚至开始熔化了，而大焊件还未达到再结晶温度。

当大焊件的焊接部位，在预热电流的加热下，达到一定的温度时，由于小焊件的压力，该部位开始发生塑性变形，小焊件便压入大焊件，从而使两焊件的接合面全面接触，此时，控制电路立即进行电路转换：切断预热变压器的初级绕组回路，使预热电流消失，接通焊接变压器的初级绕组回路，使焊接电流流过大、小焊件的接合面。于是，小焊件焊接面处的温度迅速升高，並与大焊件的接合面同时达到对焊所需的再结晶温度，在顶锻力的作用下形成牢固的接头。

由于预热变压器次级绕组的两半个线圈（从中心抽头处分成L_3-1和L_3-2）在铁心上是同向绕制的，而且阻抗相等。因此，当焊接变压器的次级绕组的感应电流，流过预热变压器次级绕组的两半个线圈时，它们上面的电流方向相反，铁心上的交变磁力线互相抵消，线圈的感抗几乎为零，两半线圈这时只起导线作用，並且两半线圈上流过的电流强度相等，使对焊接合面得以均匀加热。对于焊接接合面形状复杂、尺寸较大的焊件，之所以要设置两对以上的预热电极预热，就是为了使该接合面的加热均匀，提高接头质量。

要焊接如图4所示的钢窗配件（材料为A3钢）接头。根据从意大利引进的图纸要求。需采用高频焊接，接头的拉力不小于12740牛顿。作为本发明的实施例，现利用一台有两个变压器（一个预热变压器、一个焊接变压器）、一对预热电极、一个焊接电极和一个继电器式控制电路组成的三电极电阻对焊设备（电原理图如图3所示）焊接该工件：工件是经机加工后的半成品，表面有轻微氧化、已无金属光泽。参照图1或图2，先将直径φ14的圆柱大焊件1用夹具3夹紧，在其焊接部位的横向两侧的圆柱面上，安置一对预热电极4，每个预热电极距焊接部位边缘2毫米，M8螺杆小焊件2用夹具的钳口夹牢。伸出长度5毫米，钳口的内表面设置有焊接电极5，夹钳与夹具使螺杆小焊件2与圆柱大焊件1始终以1100牛的压力接触（此时为线接触）。调整预热变压器初级绕组的工作匝数，使预热电流为1550～1600安，合上闸刀，接通电源，控制电路13中的继电器J₁的常开触点吸合，预热开始，通点0.4秒时，圆柱体的焊接区发红。螺杆挤入圆柱体中约1毫米，与之全面接触，此时，时间继电器SJ₁的常开触点SJ_1-2吸合、常闭触点SJ_1-1释放。继电器J₂的常开触点也吸合，于是预热电流被切断，焊接电流流过焊接面，焊接电流为1450～1500安，很快螺杆的焊接部位也发红，0.3秒后，时间继电器SJ₂的常闭触点释放，焊接电流被切断，工件焊接完毕。拉开闸刀，卸下工件，完成一个焊接循环。焊接中无火花飞溅现象发生。焊合后，接头光滑饱满，整批焊件质量稳定。抗拉试验表明，当拉力增加到21560～24500牛时，小焊件的螺纹处被拉断，而焊接接头仍未脱落，焊接效果令人满意。

利用本发明的方法和设备对焊件进行电阻对焊有以下优点：

1、可避免使用昂贵的焊接设备（如高频焊机）;本发明的对焊设备，很容易用现有的电焊设备改装后，加装一个控制电路制成，造价低廉，维修方便。

2、当焊件接触面上无严重锈蚀或者有机薄膜存在时，无需对焊件进行仔细加工，不需制作工艺面，焊接前接触面是否平整对齐、全面接触，对焊接无关紧要，均可在焊后获得良好的接头。

3、焊接时无火花飞溅，不会损伤非焊接面，特别是高光洁度表面和螺纹表面。

4、焊件质量稳定，接头强度高，加工成本低，易于实现自动化。

Claims

1、一种多电极电阻对焊方法，将准备好的焊件装牢在夹具上，並使两焊件间始终以一定的压力接触，本发明的特征在于还包括下列步骤：

(a)将至少一对(每对两个)预热电极在大焊件的焊接部位两旁对称地与大焊件良好接触，焊接电极与小焊件良好接触；

(b)接通电源，使每一对预热电极间流过一定强度的预热电流，对大焊件的焊接部位加热；

(c)电路转换、切断预热电流，与此同时，在预热电极与焊接电极之间通以一定强度的焊接电流，该电流流过两焊件的接触面，对该处加热，使之形成接头。

2、按照权利要求1所述方法使用的对焊装置，它包括一套夹紧並使两焊件以一定的压力接触的夹具，一个焊接变压器、一套调节变压器初级绕组接入电路的匝数的机构和一组电极，其特征在于：

（a）还有一个控制预热电流和焊接电流通断时间的控制电路;

（b）至少有一对（每对两个）预热电极、一个焊接电极;

（c）还有至少一个预热变压器，每个变压器（含预热变压器和焊接变压器）的初级绕组均与控制电路相连，预热变压器的次级绕组均有中心抽头，这些中心抽头都与焊接变压器次级绕组的一端相连，焊接变压器次级绕组的另一端与焊接电极相连，每个预热变压器次级绕组的两端分别与一对预热电极相连。