铝合金电阻点焊电极寿命研究 本文关键词：点焊，电极，电阻，铝合金，寿命
铝合金电阻点焊电极寿命研究 本文简介：摘要：当前铝合金电阻点焊工艺中，存在的最为严重的问题就是电极损烧问题，电阻发生损烧不仅仅降低了电极的使用寿命，还在一定程度上限制了电阻点焊技术的发展和应用。在此背景下，本文通过试验分析了铝合金电阻点焊电极烧损的原因和机理，并总结出了铝合金点焊电极烧损预防措施。关键词：电阻点焊；电极；寿命；烧损机理；
铝合金电阻点焊电极寿命研究 本文内容：
摘要：当前铝合金电阻点焊工艺中，存在的最为严重的问题就是电极损烧问题，电阻发生损烧不仅仅降低了电极的使用寿命，还在一定程度上限制了电阻点焊技术的发展和应用。在此背景下，本文通过试验分析了铝合金电阻点焊电极烧损的原因和机理，并总结出了铝合金点焊电极烧损预防措施。
关键词：电阻点焊；电极；寿命；烧损机理；研究
现阶段薄板连接最为常用的方法就是铝合金电阻点焊法，这种方法被广泛应用于航天业、汽车制造业以及其他一些轻工业当中。随着工业科技的不断发展，铝合金电阻点焊技术已较为成熟，但不可避免的仍存在一些问题，例如铝合金电阻点焊电极损烧现象严重已成为阻碍航空航天、汽车制造发展的关键技术问题。电极发生损烧一方面缩短了电极的正常使用寿命，在工业生产中需要对电极进行频繁的维修和更换，不仅影响了工业生产的生产效率，还大大增加了工业生产成本；另一方面，电极发生损烧后会在电极表面留有一层合金组织，这层合金会导致在进行金属焊接时接触情况不稳定，影响金属的焊接质量，同时还容易导致飞溅事故。因此铝合金电阻点焊电极烧损问题已成为相关技术人员重点研究解决的热点问题，本文将对电阻点焊电极烧损的原因以及相应的预防措施进行详细的介绍。
1铝合金电阻点焊存在的问题
1.1焊点质量问题
第一，喷溅与飞溅现象严重。铝合金的导电和导热性能都较好，铝合金自身的电阻率极低，仅为钢合金的三分之一，但是导热性却是钢合金的三到四倍，因此对于铝合金焊接来说，应该对其采用大电流短时间加热，代替长时间加热。但是在使用大电流焊接过程中，由于铝合金接触面瞬间会产生大量的热量，再加上铝合金的熔点较低，工件间的接触面就极易发生喷溅和飞溅现象。第二，铝合金电阻点焊焊点表面质量较差。铝和铜在一定条件下容易形成具有较低熔点且较高电阻率的CuAl2，铝合金进行点焊时接触面上产生的大量热量，导致工件接触面发生局部融化，并与铝合金电阻点焊电极发生反应生成CuAl2，焊点表面质量下降。第三，在进行金属焊接时，焊接区域容易出现缺陷。铝合金材料的高温塑性较差，其凝固收缩应力也高于其他金属材料，因此当结晶冷却过程中电极的压力不足时，机头的随动性就会受到较大影响，结晶内部就会出现较大的拉应力，结晶轻度较低出出现裂纹，并成为焊接接头破坏的根源。第四，铝合金电阻点焊接头处的焊接质量不稳定。由于电极与金属材料表面的局部融化现象，飞溅现象和电极与金属之间粘连以及金属工件与金属工件之间的相互粘连现象对电极表面的连续性造成了破坏，导致铝合金电阻点焊接头处的焊接质量极其不稳定。另外，由于对金属进行电阻点焊过程中，还会受到工件状态、电极压力、电流大小的影响，因此熔核的尺寸在连续点焊过程中的波动情况较大，这也会导致铝合金电阻点焊接头处的焊接质量不稳定。
1.2电极寿命问题
通常情况下，电阻点焊电极与金属工件之间具有较大的接触电阻，另外铝合金的性质决定了其热导率也较大，因此电阻点焊的电极与金属工件相接触的地方温度极高，在高温环境下，铝与铜会发生反应生成合金，这种铝铜合金的电阻率为纯铜金属的五倍。另外由于合金依附在工件表面上，使电极与金属工件的接触电阻变大，又进一步提升了它们之间的产热量。在后续金属焊接过程中，由于电机表面连续度较低使电极与工件之间融化现象和飞溅现象加剧，大大增加了电阻点焊电极的烧损概率，降低了电极的使用寿命。
2铝合金电阻点焊电极烧损原因及预防措施
2.1导致铝合金点焊电极烧损的原因
在铝合金的连续点焊过程中，电极与铝合金工件之间不断发生融化并生成铜铝合金，使电极表面均匀程度下降，最终导致电极受到严重损伤。直接影响电极的质量和合金工件的焊接效率。具体总结起来，导致电极损烧的主要原因包括以下几点：第一，铝合金在电极端的粘附。通常情况下，铝合金板的表面都会存在一个一定厚度的氧化层，当进行焊接时，电极与铝合金表面的氧化层接触，氧化层发生破裂。当对铝合金使用大电流焊接时，焊接区域会产生大量热量，使铜电极与铝合金表面接触区域熔化，进而使铝粘附在电极端上。第二，电极端面与合金发生反应。电阻点焊的电极端与熔化的铝结合后，会在一定条件下发生化学反应，电极与铝发生化学反应的速度和程度与二者之间的温度，结合时间以及铜电极与铝元素扩散的速度有一定的关系。第三，电极表面产生蚀坑。在高温条件下，进行焊接处理时电极表面会产生大量低熔点的共晶合金，当电极抬起离开铝合金工件时，这些共晶合金会迅速熔化并发生飞溅现象离开电极表面，这时电极表面就会出现一系列小弧坑，大量的弧坑连接起来就形成了电极表面遗留的蚀坑。
2.2铝合金点焊电极烧损预防措施
2.2.1选用合适的电极材料在对金属工件进行点焊时，通过电极和合金接触面上的电流可以达到上万安，电压达到十到五十MPa，进行点焊瞬间的温度可以达到六百至一千度，因此在这种情况下工作，要求点焊的电极具有极高的导电性和导热性，同时还需要有较好的抗腐蚀性.。通常情况下，点焊的电极都是金属铜制成的，在具体操作时，可以经过一些列的强化处理提升铜合金电极的整体性能，例如可以进行冷加工强化处理、固溶强化处理、弥散强化处理和时效强化处理等。在经过不同方式强化处理后，电极表面的性能也会发生一定的变化。另外在对不同的金属材料进行焊接处理时，也需要根据金属材料的种类和性质选择不同的点焊电极材料，保证焊接过程的质量。2.2.2采用合理的电极形态第一，点焊镀锌钢板采用的电极形态。在对镀锌钢板进行连续点焊时，电极表面扩大的速度和磨损的速度主要受电极形态的影响，因此在进行镀锌板点焊时，应该尽量使用锥形电极头，避免使用平面形和圆形电极。第二，点焊新型镀锌钢板和不锈钢材料使用的电极形态。对于新型镀锌钢板来说，最好选用平直型的电极头，而对不锈钢材料进行焊接时，可以选用铜———钨粉结合而成的合金材料制作电极头，这种铜钨材料制作而成的电极头更适合应用于轻度较高的钢材料和不锈钢材料焊接上。第三，对铝合金板进行点焊时选用的电极形态。对铝合金材料进行焊接时，应选择镉铜材料制成的锥台形电极，电极尖端角度应控制在六十度左右，并且要有一定的圆弧作为过渡。这种材料和形态的电极一方面能够提供较好的电流密度，更重要的是能够提供应力值较高的塑怀环，从而使铝合金工件的焊接质量得到最有效的提升。2.2.3采用合适的焊接工艺在对铝合金板进行点焊处理接通电源之前应该进行一段时间的预热，使铝合金表面铝先熔化，并在电极压力作用下发生位移，这样能够保证与铜电极接触发生反应生成的铝铜合金量减少，且铝合金工件接触面上电阻增大，这样进行焊接所需的电流就变小了，在一定程度上对电极进行了保护，有效增加了电极的使用寿命。另外，在点焊过程中，出现喷溅或者飞溅情况的直接原因是过大的电流和过低的电压，如果点焊时电流过大，会导致电极头温度极速升高进而发生形变，在加速铜铝合金化的同时，降低了电极的质量和寿命。2.2.4选用合理的焊点接头方式在对铝合金材料进行点焊处理时，应尽量避免采用单面双点焊的方法，因为采用单面双点焊会造成较大的分流，导致需要流过电极较大的电流才能产生所需的熔核，另外这种情况导致靠近电极一边的铝合金板受热现象严重，过高的温度也会影响电极的使用情况和使用寿命，因此应该选择使用双面双点焊方法代替单元双点焊处理。尽管在对铝合金进行点焊处理时，电极烧损现象严重且情况较为复杂，但总结来说，导致电极烧损的主要原因其一是电极上局部的高温熔化现象，其二就是电极与铝合金之间的合金化反。因此要想从根本上减少铝合金电阻点焊电极的烧损情况，增加电极的使用寿命就应该从这两点问题入手，一方面降低铜电极与铝合金工件之间发生合金化反应，另一方面应该尽量降低电极和合金接触面上的电阻，防止接通电流时出现高温现象。
参考文献
[1]K.H.马图哈,丁道云译.非铁合金的结构与性能（材料科学与技术丛书，第八卷）[M].北京，科学出版社，2009.
[2]陈素玲.孙学杰.张玉红等，铝合金电阻点焊电极寿命及其烧损原因分析[J].电焊机，2014，44，（10）：94_98.
[3]王国忠，范富华等.接触反应钎焊微观过程初步研究[A].中国第一届电子学会论文集[C].哈尔滨.
作者：葛世伟 单位：沈阳飞机工业（集团）有限公司
铝合金电阻点焊电极寿命研究 来源：网络整理
免责声明：本文仅限学习分享，如产生版权问题，请联系我们及时删除。
