电器工业中铝合金电阻点焊的倾向

cloud · 发表于 2009-3-27 20:27:23

电器工业中铝合金电阻点焊的倾向

近来，电阻点焊技术的发展，合金以及NDE的技术帮助减少了生产铝合金机构时所需的成本。

电阻点焊是最先被应用到钢铁机构中的，因为它的价格便宜运展速度快以及能准确地计算出公差的变化量.然而，人们认为电阻点焊已成熟，每年都有成千上万个国家已使用此专利权。在工业中，电阻点焊仍在更新而且做得很好。在中等频率电源，正负电极和焊枪设备服伺系统中，铝合金已不再是设备发展的条件。这些因素加强了电阻点焊的效率及质量，降低生产的总成本。电焊机能使铝合金和钢铁集中在同一个槽里，也能使生产者发挥他们的能力，把产品制成所需要的那种。结合新的合金一起处理不会影响检查技能。生产过程中，铝合金和钢铁的闸门被关闭。此篇文章突出的重点是：工业中采用或提供的一些明显的倾向在日后也会经常出现。

第一点：均匀的电流强度和电压

Fig. 1 — Electrode profile measurements at various

weld numbers for 1.0-mm 6111-T4 life trials.

在铝合金电阻点焊成功的制造者都有一个共同点：他们使用一种点略方法；此方法是集中注意力在提供均匀的电流和电压上。坚硬度是最重要的，因为铝合金的电气和热传导率需要2.5到3倍的电流，但铁只需1/3的电流，为了生产一个电焊，用同样的方法（延长时间）在钢铁上的效果不如铝合金。因此，焊接系统应该能够在一个时间内传递高电流，铝合金传递的时间比钢铁传递的时间短50%到66%。

另一个经常被忽略的因素是：电流是怎样能过电焊条和薄片流通的？大多数焊接开发都艳情在着这种现象：铝合金的前半个电焊循环与钢铁的后半个循环相反。就上述短期电焊的调查而言，铝合金焊接开发只需钢铁焊接总时间的25%到33%。假设一根钢铁的焊接时间用了200毫秒，那么铝合金只需40到67毫秒。这种现象说明在电流流通前需要把适当的压强和电极联合起来。

过长的时间会使电极恶化或者腐蚀，会导致电流和压强一样多，这种现象最终会导致成小型电焊。研究家们通常注重通过表面烤漆和加工来减少电极的腐蚀。许多都涉及到坚固的铝合金的氧化层以及对电阻点焊的有害物。过多的氧化物会使电焊机反复地动作，但几十年前已研制出解决方法，就是移去表面的氧化物，释放更多的电流以增加电极的流通。在工业中，使用电阻点焊是很常用的一种方法，使铝合金表面光滑不留杂物。如果出现过多的氧化物就要注意提高碾磨机的调节，先润滑铝合金材料，制造结束时要适当贮存技术。

认清流入电极的主要特征是建立一个完整工艺的第一步。铝合金的流通车不曾生产出200个电焊，但是在电极流通之前往往可以达到2000个电焊。当材料特征和变化过程相互作用时，良好的性能只能使其更完美。已发现的新技术有助于阐明电极水藻坚硬度行为的原因，这能够控制生产，并能降低生铝合金电阻焊接的所需成本。

了解电极的削弱和磨损

目前研究表明：电焊电流是通过物体表面氧化物中不一致的裂缝流通的（请参照图1，2）。电流流通时的压缩促使严重的发热，导致此表面熔化，使之熔炼成铜电焊条。如果此电焊条没有再次加工，加带发展会增长表面的直径。铁电焊几何不会那么容易出现，而是慢慢地腐蚀，只保留轮胎的侧壁（如图3所示）。图1中有很多磨损了的电焊条，跟原先的电焊条相比，试后的为1.0mm 6111-TV。用AC电焊设备基座。随着电焊条的腐蚀，增长了表面的直径，减少了平均压强和电流的浓度，最后缩小了焊接点。另外，随着直径的增长，电焊条表面的粗糙程度度最终也增加了。

为了了解机械接触电焊条以及接合表面的基本原则，接合先进的地型学以及FEM分析（如图4所示）。独特的方法学用在腐蚀的电焊条的三维图上，往往可以产生一种新的模型，这种模型可以预测机械接触电焊条和界面的各种电焊效率，此模型也可以模仿各种作用，如合金，硬度，范围，及电焊的功率。

从FEM分析中所得出的结果显示在图4中，图中的点代表太强，它随着电极到薄片中并接合1.0mm 6022-T43的表面。特殊电极和分层盘旋飞行的电焊基线功率是2.67kN（600lb）。接合表面的压强图显示在图4中，这是电流从顶部流到底部所接触地方的结果。


Fig. 2 —Integrated weld pressure maps of top sheet      Fig. 3 — Integrated weld pressure maps of bottom
for worn electrodes at 2.67- to 4.45-kN force.          sheet for worn electrodes at 2.67- to 4.45-kN force.
A — 2.67 kN; B — 3.56 kN; C — 4.45 kN.              A — 2.67 kN; B — 3.56 kN; C — 4.45 kN.

Fig. 4 — Integrated weld pressure maps of faying

surface for worn electrodes at 2.67- to 4.45-kN force.

A — 2.67 kN; B — 3.56 kN; C — 4.45 kN.

压强图表示接触过的，显示为蓝色的地方薄板点上或者附近。假设表面热门货物上的裂缝会发生在那些蓝色部分，那么压强图就使我们想象出电流通过电焊界面将流向哪里。很明显，把2.67kN的效率用在被损坏的电焊条的效率增加到4.45kN(1000lb)。

模型结果表明，受损的电功率比利用基线在接合表面时输入同样的电流所产生的功率要高。图5中，试在0.9mm 6022-T43上不断输入法2.26kN的效率后会产生那些样品。电焊只用在电焊条接触面的一小块地方上。另外，如果接触面没有热度是不会出现的。这些现象与图4A中的很相假，那个东西很小，位于氧化物容器表面和电流的传输的压强部分。模型表示改变电焊功率可能有助于提高均匀的压强，以及电流在电焊条和接合表面的流通。

提高电焊条生命力的战略

图5—小型电焊的例子表明电焊条的电后生命力为0.9mm 6022-T43，A-底部有两个电焊部分，B……

Fig. 5 — Examples of undersized welds observed at the end of electrode life for 0.9-mm 6022-T43. A — Double weld button; B — crescent-shaped weld button.

大多数电焊过程和材料增长了电极的生命力。铝合金在过去就已被证实了。许多结论都依赖于改变铝合金电阻的接触表面，或者通过机械改变或者通过化学方法改变。大多数战略中，接触是侵蚀电极的基础。一些例子包括扭曲的电焊条，弧形的表面和凹凸不平的表面（如图5，6所示）。然而这些技术能加强它们的生命力，他们或许慢慢地完成，此曲型的对策更仰贵，如：电焊条的替换物和电流的步骤。这些因素强调了有些战略可以单独使用或者联合起来一起使用来提高铝合金电极的生命力。

电极的包扎

Fig. 6 — Electrode dressing equipment. (Photo courtesy of Semtorq, Inc.)

包扎允许用户把腐蚀的电极储存到理想的几何中，最好是在储存之前把腐蚀的电极流入差质量的电焊中。图6中显示的这种电极包扎类型是常用的工业设备，设计工具和时间的实际进程，取决于总的战略；频繁的电极包扎会利用不同的设计工具，而不是长期地使用一种。包扎设备可以通过各种方法实现，如：自动控制，索引，固定（枪机器进入）。几秒中的过程，通常是在移交时完成。在北美，电极包扎成功地被制造商们运用成多种铝合金。通常，电焊条更换一次成为钢焊接线的通常做法，而清理电焊条的形状和直径大小。包扎的主要动机是为观察出当电焊条的腐蚀处小的时候，高质量的电焊也能完成。即电焊生命的早期过程。第二优势是通过加强消除电流，延长电缆的生命力来降低基本要求，降低检查要求或许也可以达到清理电极的作用。虽然清理电焊条有优势，但由于基础设施和时间的限制，许多公司还是不能应用此设备。

电焊条的面部直径的水小

尽管此方法不能应用到电极包扎中，一种方法保持着应有的压强，电焊电流的密度已达到完善电焊条的表面直径大小，使之与电焊的地段直径更加相符（如图7所示），表1中列举了具体的指导方针，面部直径不能大于原先电焊大小的1.5倍。有人认为，此技术使电焊条和界面的接触更加均匀，大大降低了焊接的不足。新电焊方针实验证明：5***和6***的合金表示电极的生命力达到铝合金协会推荐方法的几倍高（如图8所示）。先用一个面部直径较小的电焊条，经过长期的操作，达到正常的直径，从面减小了更新电极的需求。

表1—铝业建议电阻眯焊用商业铝合金参数

一般注意事项：

a）焊接参数适用于焊接接头的两管铝；

b）金属板的实际厚度是焊接的厚度。当焊接的厚度不同时，用焊接参数的薄板。

c）电焊条直径，De可以增加枪的硬度。

d）电焊条的形状有A-pointed，B-domed，E-truncated

e）焊接参数是根据单期AC 60-Hz设备，电流根据热材料表面，清理表面可以增加电流的流通水平。

分层盘旋的两极分化

在一个分层盘旋中，大多数产品应用相同的焊接标格。两极分化的效率表明DC电源供电可能会增加难度。总之，跟AC系统相比，DC系统的电焊条生命力可能更低，更倾向于电极对单卡，因为增加了对正面电极（阳极）的侵蚀，做了一系列的试验，目的是为了了解两极分化，铝业焊接方针的分层盘旋的定位。

表2表时整个测试模子是为了焊接0.9-2.0mm 6022-T4带MP404润滑济。结合四个分层盘旋飞行来评估（指分别自上而下），给它本身0.9mm，0.9mm到0.2mm，0.2mm，0.2mm到0.9mm，2.0mm给它本身。两极分化的中型直流频率供电系统具体如下：分层盘旋中最高部分接触正面电极（阳极），同时也联合压强。此外，在此测试中有电极几何也被使用，分别为：按照表1的准则缩短网面（A-nose）直径大小，F-nose网面的内径为76mm。所有测试结果都显示在表2中，除了电源步骤和电极包扎。调查结果显示，当阳极与厚的盘旋接触时，电极的生命力获得了巨大的提高。此外，加强绩效时阳极的几何大小与全半径相比缩短了很多。总的趋势表明：当正极表面的直径减少以及它的定位与厚材料的相反时，电极的生命力提高了。

电流以及压强的运用

电流的使用是一个有效地控制钢铁电阻焊接的战略过程，这弥补了电极的成长与腐蚀。很少信息公布出电流的应用材料是铝，很明显的暗示就是人们应该设计出一种设备，要使运展的最后一个环节电流可以达到40-45KA之部。铝业最近完成了一项大测试，评估电流的效率。电流和压强被调整后，每100个焊接在电极生命期测试。通过技术经骗，实际因素已被开发了。这些数据是为了一个起点，可能略有变化取决于应用类型和设备。

Fig. 7 — MFDC electrode life performance of 0.9-mm 6022-    Fig. 8 — MFDC electrode life performance of 0.9-mm 6022-

T43 with MP404 lubricant (Alcoa electrode face diameter,       T43 with MP404 lubricant (standard electrode face diameter,

no current stepping, no force stepping).                       current stepping, no force stepping).

Fig. 9 — MFDC electrode life performance of 0.9-mm 6022-T43 with MP404

lubricant (standard electrode face diameter, same current and force stepping factor).

图7显示基线电极生命条件，铝业建议用未带电流和压强的网面直径（如图7所示）。在这项研究中，0.9mm 6022-T43是电阻点焊在MFDC主要焊接机通过以石油为基础的润滑剂MP404。经过近700个焊接后发现不一致或小型的焊接。如果一个对策：如电极包扎是利用几百个焊接，这个过程可以用在产品的成本效益上。

假设电极包扎不可取，如图8和图9中表明了电流和压强的影响。图8显示电极生命实验结果表明只用电流生产。同时电流巨大地减少了缩小电焊现象的发生，电极生命力增长到第1600个焊接，图7中的基线提高了近2¥。然而大多数去皮的直径是在5*t至6*t之间，测试了1500焊接后，最大的直径大约是7*t。图9测试显示，用一样多的压强和电流。通过1800焊接表明：最小焊接的底尺寸在1500焊接时开始下降，一般超过4*t。1800个焊接后，最小的尺寸超过5*t，直到测试结束在2300个焊接时，尺寸比基线高3¥。

没有压强的情况下，电流完全可以流通，这是传统的生产实践。压强添加了另一个密度，因为它保持着一致的压强。最后，电流通过焊接界面颁布此外，最终压强可能减少电极的腐蚀，因为它在网面和薄板界面上接触的电阻更低。

电力供应:

大多数电力供应铝应用，最近电极频率直流。有许多优点，但MFDC给焊接提供了最具有柔韧性，材料用最小的和最轻的包装。中等频率直流系统都是用铝和钢铁配件放在同一个焊接电池上，故障期间没有改变。所以这项技术使用户利用更多的资金降低生产费用，同时保持了快速灵活的按需求改变产品。另外，MFDC技术正在给焊接词服系统添加几个铝封闭小组应用。

例如有一个后补AC和方便的DC供电，也可以生产同样质量的焊接。这些技术提供了更低的成本，但可能需要更大的自动机械和初始电源，潜在地抵消任何节约。通常，比起DC系统，AC电源供应器产生更好的表现，但同一个电池中焊接的材料和范围的灵活度不一样。中等频率版本可以两极分化，正在研究是否可以提供AC的电极生命优点，降低MFDC的投资。

最近研究了一个电源供应技术，它是一个CD。图10表明：3-KJ松下CD焊接机器运用了一个铝业研究的项目。此技术常用在电阻焊接工业中，50年代时被用在飞机制造中。我们的研究结果显示，表现出色的焊接在铝薄片达到1.4mm设备中实现，这种设备要求近20-A的基线。因此，减少了90%多的饲养需求。同时，也可以使用高容器的机器，这样可以焊接规格较重的东西。此设备是所有不足够基线来提供节能电源的后选。另一个好处是基线是所有材料的独立部分因为它在焊接时需要另一个时间，所以，相对节能技术来说，重规格不会影响电力基础建设。应当注意的是，此设备不好随身携带，所以很多配件需放在一个枪站中。提高调查后，能源使用地段时间将会到来。CD技术可能再次给铝和钢铁电阻焊接应用带来优势。

Fig. 10 — A — 3-kJ Panasonic CD welding machine; B — primary line feed for 3-kJ Panasonic CD welding machine (10 to 50 times lower than conventional technologies).

近一步降低成本：有利的测试

如今，在铝合金电阻焊接中，有利的测试小组是最常见的质量保证形式，但是否需要测试呢？然而有些供应商的成本不同，每生产一个名落孙山封闭小组需$0.50。有些工业区每年生产几百万个封闭小组，每年节省的总金额要超过$1000000。其它问题通常不被认可，例如丧失生产力，功效学，以及管理制度，也能够降低teardowns的成本，多年的研究项目，最近已经完成。铝业和Scan-Master-IRT指出，超声测试可以减少铝合金电阻焊接中对teardowns的破坡的需求。在此项目中，达到3000个铝合金电阻点焊（0.9mm 6022-T43)被不同的操作者分析。结果表明，在有利的评估和实际的业绩的准确度超过90%。更重要的是焊接的准确度存在着差异，例如一个短小焊接的有益分类的准确度超过95%。A-scans的例子得出，可携带的UT设备（可接受或不同的焊接中）在图11和图12中可以看到。

    Fig. 11 — Ultrasonic A-scan of an acceptable aluminum     Fig. 12 — Ultrasonic A-scan of a discrepant aluminum

      esistance weld.                                       resistance weld.

虽然结果很好，超声波测试要求制作者有一定程度的训练。超声波系统利用一个直观电脑的界面进行简化分析，结合停止行进号志型产出数据档案容器。就算不同供应商，手持系统还是可取的，但通常要求操作者有更多的经验。任何有益的项目都需要验证时期。在此过程中取得自信，可以减少大量teardowns的损害。最后，制造过程可能需做轻微的修改，以增加超声波测试的利益。

    总结

最近，电阻焊接技术的发展结合新合金，发展过程，以及有利的测试技术已经减少了铝合金薄板制造的成本。现在电阻焊接技术在同一个制造管中可以同时放入铝合金和钢铁配件，大量降低成本，增加产品弹性以满足不断变化的市场要求。一些战略在频繁的电极条件基础上提高了铝汽车薄片配件的电极生命力，尤化了电极面部直径。节省产品的成本，以减少线路运行，维护和检验可以用一个或结合的方法来实现。另外，新的技术如：电容器和超声波NDE可以减少目前或将来铝合金电阻点焊应用的生产成本。

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