電阻焊的質(zhì)量控制PPT課件[通用]

1、電阻焊的質(zhì)量控制1. 電阻焊接頭的缺陷電阻焊的缺陷按顯現(xiàn)部位不同，可分為外表缺陷與內(nèi)部缺陷。由于工藝過程的差別，在搭接接頭與對接接頭中產(chǎn)生的缺陷不盡相同。1.1 搭接接頭中的缺陷未熔合與未完全熔合縮孔裂紋結(jié)合線伸入噴濺壓痕過深1. 未熔合與未完全熔合未熔合與未完全熔合：是指母材與母材之間未熔化或未完全熔化結(jié)合的部分。是一種嚴重影響強度及密封性能的缺陷，不允許存在于要求力學性能及密封性能的零件之中。原因：焊接區(qū)熱輸入不足及散失熱量過多。檢驗：主要靠常規(guī)的破壞性檢驗發(fā)現(xiàn)，僅對少數(shù)鋁或鎂合金可用射線檢測去發(fā)現(xiàn)。預防：加強焊接參數(shù)的監(jiān)控。2. 縮孔產(chǎn)生原因： 金屬加熱時體積膨脹，當熔核金屬為液態(tài)時具有

2、最大的體積。冷卻收縮時如周圍塑性環(huán)未及時變形使內(nèi)部體積相應減小，則產(chǎn)生縮孔。影響： 縮孔呈不規(guī)則的空穴，雖會成小熔核截面，但對結(jié)合面的靜載強度影響不大，而對動載或沖擊則有一定影響。2. 縮孔影響因素： 縮孔的產(chǎn)生往往與電極壓力不足有關(guān)。冷卻時，塑性環(huán)變形不足或不及時，特別是在焊接厚板、高溫強度高的材料或冷卻速度快的材料時，電極的慣性造成加壓不足是產(chǎn)生縮孔的主要原因。預防： 點焊時可用低慣性電極和增加鍛壓力來克服，亦可采用減緩冷卻速度的規(guī)范措施，縫焊時僅能采用后一種方案。3. 裂紋裂紋產(chǎn)生的部位： 有熔核內(nèi)部、結(jié)合線上、熱影響區(qū)及焊件表面。 其中后三個部位的裂紋因形成應力集中，危害嚴重，在承力件

3、中不允許存在。在一般焊件中，熔核內(nèi)部裂紋的長度應限制在不超過熔核直徑的13。預防： 主要措施為減緩冷卻速度和及時加壓，以減小熔核結(jié)晶時的內(nèi)部拉應力。4. 結(jié)合線伸入產(chǎn)生原因： 當焊接高溫合金或鋁合金時，如清理不佳，表面將殘留過厚的熔點高、致密且硬的氧化膜。在熔核形成過程中這層氧化膜未及徹底破碎，殘留在焊件表面，不但在塑性環(huán)區(qū)界面存在，且限制了枝晶的生長，在熔核邊緣形成突入熔核的晶界夾雜物，稱結(jié)合線伸入。影響： 該處應力集中，極易在運行時擴展成裂紋，一般不允許存在。5. 噴濺點焊、凸焊或縫焊時，從焊件結(jié)合面或電極與焊件接觸面間飛出熔化金屬顆粒的現(xiàn)象，稱為噴濺。噴濺處在外表將影響美觀，造成應力集中

4、，嚴重時形成燒穿，影響使用性能。6. 壓痕過深影響： 過深的壓痕將引起應力集中，降低動載性能，應當避免。 表面壓痕應不大于單板厚度的10-20。預防： 盡可能采用較硬的焊接規(guī)范及加強電極冷卻，降低焊件表面溫度。1.2 對接接頭中的缺陷錯位表面燒傷未焊透灰斑鐵素體帶（白帶）層狀撕裂脆性組織1. 錯位錯位是指兩被焊部分的軸線在接頭上不相交而造成偏差。結(jié)果： 錯位造成焊著面積的減少，影響力學性能，故一般技術(shù)條件中的對此均有規(guī)定。產(chǎn)生原因： 焊機剛度不夠、頂鍛力過大及伸出長度過長等。預防: 最有效的是縮短伸出長度。2. 表面燒傷部位： 表面燒傷產(chǎn)生在鉗口夾持部位而非焊口上。原因： 當夾緊力過小或夾持部

5、位焊件表面清理不佳時，電流分布疏密嚴重不一，引起局部燒傷；當焊接可淬硬鋼時，由于水冷鉗口與焊件溫差很大，還可在鉗口外側(cè)產(chǎn)生裂紋。2. 表面燒傷預防：焊前應對焊件的夾持導電部位徹底清除氧化雜質(zhì)，直至露出金屬光澤。夾緊力必須足夠大。焊接合金鋼時，水冷導電塊內(nèi)側(cè)與焊件接觸處應修成圓滑過渡，以免溫差過陡及應力集中引發(fā)裂紋。3. 未焊透未焊透是指對接焊縫深度未達到設計要求的現(xiàn)象。在焊口內(nèi)部存在大量夾雜物，原始界面未完全消失，嚴重時稍作敲打即可斷成兩截。這是最危險的缺陷。未焊透主要由頂鍛不足引起的，在去毛刺前從接頭外形可初步判別。檢測： 已去毛刺或機械加工后的零件中，僅有擴展到表面的未焊透可用磁粉、螢光等

6、法檢出，內(nèi)部未焊透可用超聲波檢測。4. 灰斑閃光對焊時在端面形成一薄層液態(tài)金屬，而其表面必有氧化膜。頂鍛時當氧化膜不能完全隨液態(tài)金屬擠出接口時，將殘留在接口局部組成脆性的灰斑區(qū)，而在冷彎或沖擊時極易在此開裂。預防： 加大頂鍛留量，徹底擠出液態(tài)金屬面上的氧化物，是很有效的手段。5. 鐵素體帶（白帶）現(xiàn)象： 碳素鋼閃光對焊的接頭金相試樣上，常出現(xiàn)一條窄的鐵素體明顯富集帶，色澤淡于基體。此區(qū)硬度低、強度亦低。在靜載時因帶窄而反映不出強度下陷，但動載性能則有所下降。形成原因： 閃光時碳元素先于其它元素燒損，后續(xù)碳元素來不及擴散而引起貧碳現(xiàn)象。預防： 減少加熱寬度與適當增大頂鍛留量。6. 層狀撕裂某些鋁

7、及鋁合金閃光對焊時，在較大的頂鍛留量下，軋制纖維各層的扭曲程度不同，而層間的帶狀夾雜物在位移時極易開裂呈層狀撕裂。預防：采用強迫成形頂鍛工藝，改變接頭處受力狀態(tài)。選用合適的焊接參數(shù)，以保證在最少的頂鍛留量下完全擠出液態(tài)金屬。7. 脆性組織焊接高碳鋼、合金鋼等時，由于溫度差別大，冷卻快，常出現(xiàn)淬硬組織，有時會發(fā)展成裂紋。一般均需作后熱處理。對裂紋傾向大的材料，必須從工藝上采取措施，防止冷卻過快。2. 電阻焊接頭的質(zhì)量檢驗1. 電阻焊接頭的等級劃分一級： 承受很大的靜、動載荷或交變載荷。接頭的破壞會危及人員的生命安全。二級： 承受較大的靜、動載荷或交變載荷。接頭的破壞會導致系統(tǒng)失效，但不危及人員的

8、安全。三級： 承受較小靜載荷或動載荷的一般接頭。2. 接頭檢驗方法與內(nèi)容破壞性檢驗撕破檢驗斷口檢驗低倍檢驗金相檢驗力學性能試驗無損檢驗目視檢驗密封性檢驗射線檢驗超聲波檢驗其它檢驗破壞性檢驗破壞性檢驗能提供各種確切的定量數(shù)據(jù)，如力學性能、熔核尺寸、缺陷性質(zhì)和多寡以及耐腐蝕性能等。因此是取得接頭質(zhì)量定量數(shù)據(jù)的主要手段。但檢驗試祥已經(jīng)破壞，而實際產(chǎn)品仍未直接檢驗，因此檢驗結(jié)果僅能提供代表性的參考信息。如何使試祥更真實地代表產(chǎn)品本身，是一個復雜的數(shù)學問題。因此在樣品的分組、取樣數(shù)量和方法上各專業(yè)標準均作具體現(xiàn)定。撕破檢驗這是一種針對薄板點、凸和縫焊接頭的簡易檢驗方法，用于粗略判斷熔核大小和力學性能。便

9、于現(xiàn)場操作，常用來作為確定焊接參數(shù)的前期篩選手段和生產(chǎn)中考查質(zhì)量穩(wěn)定性的自檢手段。斷口檢驗這是一種針對對焊接頭檢驗的簡易現(xiàn)場檢驗方法，亦用于確定焊接參數(shù)的前期篩選及生產(chǎn)過程中定期自檢。斷口檢驗的內(nèi)容有無裂紋、過燒和夾雜等缺陷；觀察到灰斑的多寡與分布狀態(tài)。這是觀察灰斑分布情況的唯一方法。低倍檢驗適用場合：主要針對點、凸及縫焊接頭。具體步驟：磨片、腐蝕、讀數(shù)顯微鏡檢驗。檢驗內(nèi)容： 測定熔核直徑、焊透率及壓痕深度等數(shù)值 觀察有無宏觀縮孔、裂紋和夾雜等缺陷的數(shù)量。金相檢驗用于檢驗接頭顯微組織，如結(jié)晶特征、組織形貌及微觀缺陷等，亦用于鑒別冶金缺陷如裂紋、胡須等。點、凸和縫焊時，一般僅作為對低倍撿驗疑問的

10、裁定手段；對焊時常作為重要產(chǎn)品的必檢項目。電阻焊接頭力學性能試驗無損檢驗無損檢驗以不損壞產(chǎn)品使用性能為前提的檢測方法，可以推廣到每個零件的每個焊接接頭，因此是保證產(chǎn)品安全的最可靠手段。但在電阻焊接頭中由于接頭的特殊性，僅有少量方法獲得工業(yè)應用，大多數(shù)方法處于實驗研究階段。目視檢驗目視檢驗是用小于20倍的放大鏡作外部缺陷的檢驗。此法能發(fā)現(xiàn)表面裂紋、燒穿、壓痕過深、電極粘附、焊件錯位等多種外表缺陷。同時，從接頭外形尚能對焊透情況粗略判斷。密封性檢驗任何有密封要求的焊縫均作密封性檢驗。要求作此項檢驗的焊縫有縫焊、對接縫焊和對焊幾類。射線檢驗射線檢驗在壓力容器制造業(yè)廣為采用，它能有效地發(fā)現(xiàn)焊接區(qū)的裂紋

11、、夾雜、末焊透及縮孔等缺陷。在電阻焊接頭中，亦可用來發(fā)現(xiàn)裂紋、縮孔及內(nèi)部飛濺等。點焊及縫焊接頭一船均用于薄板結(jié)構(gòu)，除少數(shù)熱敏感性強的合金鋼和有色合金外，較少出現(xiàn)裂紋，其它缺陷對強度影響較少。而影響強度最敏感的熔核大小一般用射線檢驗。超聲波檢驗超聲波檢驗主要用于厚板探傷。在點、縫焊等的薄板焊件中未見應用報導。在大型對接零件的探傷檢閱中該法應用甚廣。例如鐵路鋼軌對接焊接頭、石油鉆桿對接焊口等均采用該法。它能發(fā)現(xiàn)末熔合、夾雜物和裂紋等缺陷。但對嚴重影響塑性指標的灰斑缺陷尚不能用此法檢驗。其它檢驗方法磁粉、渦流和螢光這些方法均用于檢測接頭表層的缺陷，主要是延伸到表層的細小裂紋。3. 電阻焊質(zhì)量監(jiān)測與控

12、制必要性在大批量生產(chǎn)中，一個產(chǎn)品往往需要幾十臺甚至上百臺點焊機配套工作，這將使電網(wǎng)電壓、氣壓產(chǎn)生很大的波動，再加上難以避免的分流、電極磨損等不利因素的存在，致使點焊質(zhì)量極不穩(wěn)定，嚴重時將成批出現(xiàn)不合格的焊點。由于點焊獨特的接頭形式和工藝的限制，致使在電弧焊生產(chǎn)中應用效果很好的焊后無損檢測方法在點焊生產(chǎn)中卻難以應用，同時也將使生產(chǎn)效率降低、產(chǎn)品成本劇增。 必要性為了保證焊點質(zhì)量，國內(nèi)外幾乎所有的汽車生產(chǎn)廠家?guī)资陙矶家恢辈捎煤盖按蛟嚻?、焊后進行破壞性抽樣檢驗的方法來保證焊點質(zhì)量。顯然，這種方法已無法滿足汽車工業(yè)發(fā)展對點焊質(zhì)量提出的高可靠性、低成本的要求。為了改變這種現(xiàn)狀，有必要研制新型點焊質(zhì)量監(jiān)

13、測系統(tǒng)。采用點焊質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測每一臺焊機、每一焊點的質(zhì)量，及時指出不合格的焊點及其形成原因，使操作者及時進行在線補救，以有效提高和穩(wěn)定焊點質(zhì)量。焊接參數(shù)的劃分 焊接規(guī)范參數(shù) ： 焊接電流、電極壓力、焊接時間、電極端面尺寸等； 焊接過程參數(shù)（監(jiān)測信息）： 動態(tài)電阻、紅外輻射、電極間電壓、能量等； 焊接質(zhì)量參數(shù)： 熔核直徑、焊透率、壓痕深度、拉剪強度、拉伸強度、疲勞強度等； 質(zhì)量監(jiān)控的難度 電阻點焊過程是一個高度非線性、有多變量耦合作用和大量隨機不確定因素的過程；點焊的形核處于封閉狀態(tài)而無法觀測，特征信號的提取比較困難；形核過程的時間極短，焊接條件短時間的波動就會造成較嚴重的后果。因此

14、，點焊質(zhì)量的監(jiān)測和控制難度極大。 三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式1. 恒流控制法原理：在焊接過程中逐個周波地檢測焊接電流有效值，并與設定的電流有效值進行比較。當有偏差時，自動改變下一周波的觸發(fā)角，使預期的下一周波電流趨于給定值，在整個通電期間不斷重復上述調(diào)節(jié)。三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式1. 恒流控制法 特點：簡單可靠、易于實現(xiàn)。對網(wǎng)壓波動、次級回路阻抗變化等干擾有良好的補償性能。不能對分流及電極磨損進行補償。 為此，可在恒流控制的基礎(chǔ)上采用電流遞增的方法進行適當補償，即自動改變工件上順序各點的電流強度，或每隔一定數(shù)量焊點就自動遞增一定的電流增量。三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式2. 熱膨脹電極位移法原理

15、：點焊時焊接區(qū)的金屬因加熱熔化而膨脹，使焊機的上下電極產(chǎn)生一個微小的相對位移，該位移與熔核的形成長大及最后尺寸有關(guān)。故可采用高靈敏度傳感器進行檢測，以此對點焊質(zhì)量進行監(jiān)控，保證得到合格的焊點尺寸。 熱膨脹電極位移與焊點質(zhì)量的關(guān)系三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式2. 熱膨脹電極位移法 特點：可對網(wǎng)壓波動、電極磨損、分流及二次回路阻抗變化進行補償。但是要求焊機機臂剛性好、加壓機構(gòu)摩擦力小、隨動性能好才適用。對于薄板（0.5mm）的點焊，因熔核尺寸小，位移量小不易檢測。國外有采用對數(shù)值較大的位移加速度進行檢測以實現(xiàn)反饋控制。 三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式3. 動態(tài)電阻（動態(tài)電極電壓）法低碳鋼點焊時動態(tài)電阻的

16、變化過程是與熔核形成情況對應的，故可在焊接過程中不斷檢測動態(tài)電阻值，并據(jù)此實現(xiàn)對點焊質(zhì)量的實時監(jiān)控。動態(tài)電阻法可用于低碳鋼、不銹鋼的點焊，但卻不適于鋁合金、鍍鋅板等材料的點焊。三種控制模式由于在表面存在著低熔點的鋅層，動態(tài)電阻曲線會出現(xiàn)兩個峰值。在焊接過程中開始階段，由于接觸面上接觸點的增多，電阻值下降。當溫度逐漸升高，鍍鋅層金屬電阻率增大，曲線上升，出現(xiàn)第一個峰值。之后鍍鋅層開始熔化并發(fā)生軟化，焊接區(qū)擠出使得接觸面積增大，減小電阻，曲線下降。接下來的動態(tài)電阻的變化與低碳鋼點焊時的動態(tài)電阻變化趨勢相同。鋁合金點焊時，在工件/工件界面上的接觸電阻以及工件/電極之間的接觸電阻的大小會在一個很大的范

17、圍變動。鋁合金的動態(tài)電阻在開始時很大。初始值大小決定于工件的表面狀態(tài)和焊接前工件上氧化膜的厚度。在開始焊接的半個周波內(nèi)，電阻值就會降到很低。因此，鋁合金焊點的熔核是在最初的一個或兩個周波內(nèi)形成。在開始加熱階段，動態(tài)電阻因溫度升高而增大，這在其他點焊過程中沒有出現(xiàn)過，這是因工件表面上有相對潔凈和薄絕緣膜以及很小的電流增長速率造成的；接下來由于表面絕緣層的潰裂和金屬的軟化，動態(tài)電阻開始減小，金屬逐漸熔化，熔核逐漸形成，第二個峰值表明熔核的形成，可以通過第二個峰值的出現(xiàn)進行焊點質(zhì)量的控制。三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式3. 動態(tài)電阻（動態(tài)電極電壓）法Rb法點焊時在r-t曲線的峰點處開始形成熔核。隨熔核長

18、大r逐漸減小，其下降量r可反映熔核的尺寸。r增大則熔核直徑增大，反之則減小。三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式3. 動態(tài)電阻（動態(tài)電極電壓）法Rb法Rb控制模式是在焊接過程中逐半波檢測r。 當r達最大值后開始計算下降量r，并與給定的Rb比較。當r=Rb時切斷電源。若有網(wǎng)壓下降、分流、電極磨損等使加熱速度減慢的干擾出現(xiàn)時，必然使r下降速度減慢，即可使焊接時間自動延長進行補償，以得到合格的熔核尺寸。Rb與熔核尺寸的對應關(guān)系事先由試驗得到。三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式3. 動態(tài)電阻（動態(tài)電極電壓）法 DRC法實踐表明，當出現(xiàn)使加熱減慢的干擾時若只是消極延長焊接時間，還不能完全保證熔核尺寸。 DRC法是在監(jiān)控r

19、的同時調(diào)整dr/dt，即對熔核生成過程的加熱速度進行控制，使r-t曲線的下降段斜率向標準的DRC（動態(tài)電阻特性）曲線逼近。在r=Rb時切斷電源，這樣可更為有效地保證熔核尺寸。三種常用的點焊質(zhì)量監(jiān)控方式3. 動態(tài)電阻（動態(tài)電極電壓）法 動態(tài)電極電壓法經(jīng)過適當?shù)暮喕?，點焊時電極電壓UD-t變化規(guī)律與r-t變化規(guī)律相同。焊接過程中不斷檢測UD，以UD從峰值UDM下降到UDL為形成合格焊點的標志，切斷電源。動態(tài)UD法具有采樣方便、信號強抗干擾能力強的特點。監(jiān)控效果？這些控制方式實質(zhì)上是使用點焊過程中監(jiān)測信息的某一特征量與質(zhì)量參數(shù)之間的一元線性回歸模型關(guān)系來間接地監(jiān)控焊點質(zhì)量的，屬于單特征量質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)

20、。由于一個特征量只能片面地反映點焊加熱過程，而一元線性回歸模型也只能描述監(jiān)測信息與質(zhì)量參數(shù)之間局部線性關(guān)系，難以描述整體的非線性關(guān)系，因此在焊接過程中無法及時獲知焊點質(zhì)量參數(shù)的準確值。這是現(xiàn)有點焊質(zhì)量監(jiān)控方法存在控制效果不理想、適用范圍窄的主要原因。監(jiān)控效果？為了解決單特征量監(jiān)測技術(shù)的不足，充分利用過程參數(shù)提供的焊接質(zhì)量信息，發(fā)展出現(xiàn)了多參量綜合監(jiān)測技術(shù)。這是提高點焊質(zhì)量監(jiān)測精度的有效途徑。發(fā)展多參量綜合監(jiān)測技術(shù)存在兩個關(guān)鍵點。首先，是建立合理的多元非線性監(jiān)測模型，并使模型能夠在相對較寬的范圍內(nèi)提供準確、可靠的點焊質(zhì)量信息。其次，是如何對點焊質(zhì)量進行合理評判。衡量點焊質(zhì)量的性能指標有很多項，如

21、熔核直徑、焊透率、拉剪強度、拉伸強度等。但是每個指標都不能全面反映點焊接頭的質(zhì)量。只有綜合考慮焊點的多項性能指標，才能對焊接質(zhì)量進行合理的評價。 多參量綜合監(jiān)測技術(shù)基于模糊分類理論的點焊質(zhì)量的等級評判 基于回歸分析理論的鋁合金點焊質(zhì)量多參數(shù)監(jiān)測方法 基于神經(jīng)元網(wǎng)絡理論的點焊質(zhì)量多參量綜合監(jiān)測 基于模糊分類理論的點焊質(zhì)量的等級評判 1994年，德國學者Burmeister采用模糊分類理論和現(xiàn)有的專家知識，建立了三個電參數(shù)（焊接電流、電極間電壓、工件電阻）和兩個機械參數(shù)（電極位移、電極加速度）與焊點質(zhì)量（熔核直徑）之間的非線性關(guān)系模型，實現(xiàn)了低碳鋼點焊質(zhì)量的在線等級評判。優(yōu)點: 綜合考慮監(jiān)測信息與

22、質(zhì)量指標間的非線性缺點: 難以擺脫專家經(jīng)驗等人為因素的影響 基于回歸分析理論的鋁合金點焊質(zhì)量多參數(shù)監(jiān)測方法 1996年，英國學者M.HAO采用線性回歸分析理論，分別建立了一些過程參數(shù)（焊接電流、電極間電壓、功率、工件電阻等）的各個特征量以及多個特征量（焊接電流、電極間電壓、功率）與鋁合金焊點質(zhì)量（熔核直徑、拉伸強度）之間的關(guān)系模型。結(jié)果表明：多元回歸模型的誤差比最佳的一元回歸模型的誤差大約下降30%。 基于神經(jīng)元網(wǎng)絡理論的點焊質(zhì)量多參量綜合監(jiān)測 基于神經(jīng)元網(wǎng)絡理論的點焊質(zhì)量多參量綜合監(jiān)測 1區(qū)：r0、rmin和tmin可以反映下降趨勢的快慢和大小；2區(qū)：rmax、rmin和tmax可以反映上升趨勢的快慢和大??；3區(qū)：rmax、r/r和tw-tmin-tmax可以描述動態(tài)電阻達到最大值后降低到平穩(wěn)階段。特征參數(shù)選擇 基于神經(jīng)元網(wǎng)絡理論的點焊質(zhì)量多參量綜合監(jiān)測 影響點焊接頭質(zhì)量的主要因素：1. 電網(wǎng)電壓不穩(wěn)引起的焊接熱量波動；2. 氣壓不穩(wěn)引起的電極壓力波動；3. 電極磨損引起的電極直徑波動； 4. 表面狀態(tài)引起的接觸電阻波動；5. 分流引起的焊接區(qū)熱量波動； 6. 鐵磁物伸入引起的熱量波動。 基于神經(jīng)元網(wǎng)絡理論的點焊質(zhì)量多參量綜合監(jiān)測 基于神經(jīng)元網(wǎng)絡理論的點焊質(zhì)量多參量綜合監(jiān)測 1. 在惡劣生產(chǎn)條件下，如果不采用合適的質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)減小干擾的影響，點焊質(zhì)量參數(shù)會在很大范圍內(nèi)波動。2.