电阻焊在工业生产中的应用及发展现状

　　摘要：电阻焊自发明以来，以其质量好、效率高、易实现自动化焊接等优点，在工业生产中得到了越来越广泛的应用，主要针对电阻焊在工业生产中的应用、发展现状及焊接质量控制方面的研究进展，作了简要的介绍和说明。

　　关键词：电阻焊；质量控制；焊接电流；电极压力

　　Abstract： Characterized by the excellence in top quality， hiefficiency， easy operation in automatic welding， electric resistance welding （ERW） has been popularly utilizing in the field of industrial production since invention. The applications of electric resistance welding in industrial production and research progress of welding quality control are briefly introduced in this paper.

　　Key words： electric resistance welding； quality control； welding current；electrode pressure

　　前言

　　电阻焊发明于19 世纪末期，它是一种通过电极对组合后的焊件施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊生产效率高、质量好、且成本低，易于实现机械化和自动化，所适用的焊接材料也非常广泛，不但可以焊接钢铁材料，而且还可以焊接铝、铜等有色金属及其合金。随着航空航天、电子、汽车、家用电器等工业部门的发展，电阻焊受到了越来越多的重视[1]。但是由于电阻焊焊接过程复杂，影响其焊接质量的参数较多，为保证焊接接头质量，仍需要对焊接参数及焊接质量之间的关系进行进一步的研究和优化。

　　1 电阻焊在工业中的应用

　　1.1 电阻焊在汽车制造业中的应用

　　在工业应用中，电阻点焊主要用来焊接金属薄板和金属丝网，厚板焊接由于热流更容易向周围传导，因而很难实现点焊。目前，电阻点焊主要用于汽车制造中的薄板焊接，生产中已将工业机器人应用于组装生产线，实现了焊接过程的自动化。

　　电阻焊作为传统汽车制造中的一项重要工艺，在车身底板、车顶、车门、侧围及车身总成的焊装过程中都得到了大量应用。轿车的白车身结构是其主要承载结构，在轿车制造中对整车质量起着决定性的作用。在白车身的制造和焊装过程中大量应用到了电阻点焊，如图1所示，统计显示，每辆汽车车身上都约有4 000～6 000个电阻点焊焊点。在汽车制造中焊点质量至关重要，因为焊点质量的好坏，直接决定了白车身质量的好坏，进而影响到整车的制造质量[2]。

　　此外，电阻焊在汽车零部件的生产中也得到了广泛的应用，汽车油箱采用了电阻缝焊，汽车减震器制造时用到了电阻点焊、缝焊和凸焊，汽车轮圈生产中用到了连续的闪光对焊[3]。

　　1.2 电阻焊在石油化工行业中的应用

　　在石油化工行业中，石油、天然气以及石化企业生产中化工物料的输送都通过管道来完成，因为化工行业对管道用钢管的要求非常严格，早期管道用钢管主要采用无缝钢管。随着钢铁冶炼及焊管技术的发展，电阻焊直缝钢管的质量也不断提高，由于在制造成本方面存在较大优势，在许多发达国家的石油化工行业中得到了大量的应用，以替代高成本的无缝钢管[4]。

　　近年来，虽然高频电阻焊管在我国石油、天然气管道方面的应用逐渐增多，但是高频电阻焊钢管的焊接缺陷及质量检验方面依然存在一些问题，仍有待进一步的研究，这也在很大程度上影响了电阻焊管的推广和应用，这也是目前国内焊管行业亟待研究解决的问题。

　　1.3 电阻焊在其它行业中的应用

　　电阻焊在家电制造行业也有着广泛的应用，因适合薄钢板的焊接，且接头质量高，在冰箱、空调、洗衣机外壳的制造中得到了广泛的应用。

　　此外，电阻焊也可用于镍-镉或者镍-金属氢化物电池组的组装。电池组装时，可通过电阻点焊将镍带焊接到电池电极上，由于点焊时间很短，因而可以防止电池在连接过程中产生过热，而传统的锡焊却很容易产生过热现象。在医学领域，牙医也会用小型电阻焊来进行金属臼齿的尺寸修复。此外，电阻焊在飞机机身的制造、食品工业中食品包装罐的制造中都有着广泛的应用。

　　2 电阻焊质量控制的研究现状

　　2.1 焊接参数对焊接质量影响的研究现状

　　目前，虽然电阻焊在工业中已经得到了广泛的应用，但是依然存在一些问题，因为电阻焊是一个由热、力、电和冶金学现象共同决定的复杂过程，焊接时电流强度、电极压力、工件的材料和厚度、电流作用时间等参数都会影响到焊接质量，而这些参数与焊接质量之间的关系，仍有待进一步的研究，也是目前电阻焊相关研究的热点。

　　为了提高焊接质量，目前主要从实验和数值分析方面对电阻焊做了研究。熔核形成、焊接电流、电极压力等参数对焊接质量影响的研究为焊接过程中的参数设置提供了有价值的信息。

　　为了扩大电阻焊在高导电材料焊接中的应用，需要对电阻焊参数进行进一步优化，以降低生产成本，同时提高生产效率和质量。Florea研究了6061-T6铝合金搭接接头点焊时的实验参数，对电阻点焊微观结构进行了量化，为了解电阻焊参数对点焊搭接接头准静态拉伸性能的影响提供了一种新的方法。该研究表明，焊接加工参数对电阻点焊接头质量有着巨大的影响，通过不断的重复和采集观测试样，获得了6060-T6铝合金焊接的最佳焊接电流、电极压力和作用时间[5]。

　　电阻点焊的实验研究虽然能够提供一些有价值的信息，但是代价太高。而数值分析的方法不仅能够降低成本，同时也可以为实验研究提供一些有效的补充。然而目前应用的大部分模拟软件，包括以有限元为基础的软件，在建立模型时把电阻焊相关的所有因素都考虑进去是很困难的，这是因为电阻焊是由热、力、电和冶金学现象共同决定的一个复杂过程。为了解决这个难题，在最近的研究中，Mohsen提出了一个热-电-力-冶金学相关的二维模型，图2表明了电阻焊加工中不同现象之间的相互作用[6]，该模型很好地解释了模拟过程中物理学与冶金学之间的相互作用，图3是模拟过程中用到的模型及有限元网格划分[6]。

　　模型建立后，通过有限元模型模拟软件SYSWELD对焊接过程进行了模拟，并分析了电流强度、电极半径、电极压力、焊件厚度等参数对熔核厚度、焊接热影响区半径及熔化区体积的影响。研究发现，当焊接电流在6～10 kA时，在所有参数中，电流强度对焊接质量的影响最大。随着焊接时间的延长，熔化区体积及热影响区半径均增大，而电极半径的增大却会导致熔化区体积的减小；该研究通过有限元分析，评估了各种电阻焊参数对熔核和热影响区大小的影响，为确定电阻点焊的工艺规范，获得所需要的微观结构和焊接质量提供了参考和依据[6]。

　　Hou Zhigang等[7]用一个轴对称的二维有限元模型，通过ANSYS对电阻点焊加工的传热和力学特性进行了分析。研究发现，电阻点焊加工时的力学特性对焊点性能和焊接结构质量都有很大的影响，会影响到焊点的强度和疲劳寿命。实验结果分析表明，在接触面边界保持较大的压力有利于防止液态金属的飞溅，也有利于形成一个压缩的熔核和良好的冶金学结构。为保证焊接质量，获得优质电阻焊熔核及冶金学结构，同时防止液态金属飞溅提供了参考依据。

　　2.2 在线检测技术在电阻焊质量控制中的应用

　　电阻点焊常见的焊接缺陷有脱焊、虚焊、缩孔和裂纹等，目前，为了提高焊接质量，一些焊接参数在线监测技术也逐渐在电阻焊焊接中得到了应用，由于电阻焊焊接过程非常复杂，单一参数的监测往往无法很好地反映焊接过程，因而多参数监控的方法得到了应用，通过对焊接参数的实时监测，可以在线评估焊接接头质量，不仅方便了焊接设备的调试，也提高了电阻焊的焊接质量。

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