关于电阻焊接原理与电阻点焊过程阶段详解

在动力电池的成组工艺中，电阻焊作为一种比较成熟的工艺，被在一些场合应用，比如单体与母排的焊接，电池极耳与并联导电条的连接等等。由于设备简单，成本较低，在电池行业发展早期，应用比较多。虽然近年有逐步被更先进的激光焊接和超声焊接替代的趋势……不管怎样，整理一份资料，了解一下这位成型工艺界的前辈。

电阻焊虽然具有劳动条件好，不需另加焊接材料，操作简便，易实现机械化等优点；但也受到耗电量大、电极棒更换、被焊材料导电性能、适用的接头形式、以及可焊工件厚度（或断面尺寸）等因素的限制。

电阻焊接原理

电阻焊（resistancewelding）是把工件置于一定的电极力夹紧间，然后利用接电流通过件所析出的电阻热使被材料熔化，待冷却后形成可靠点的接方法。

将即将接的材料3夹紧于两电极2之间，在施加一定的接压力后，接变压器1在接区释放较大的电流，并持续一定的时间，直到件的接触面间出现了真实的接触点后，再继续加大接电流让熔核持续地生长，此时接材料接触位置的原子不断被激活后形成熔化核心4。

最后接变压器停止通电，被融化件材料遇冷凝固为点。利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点、缝、凸、对。

电阻焊点的热源是电流通过接区产生的电阻热。电阻焊点时，电流通过件产生的热量可由下式确定：

Q=I^2Rt

Q——产生的热量（J）；

I——接电流（A）；

R——两电极之间的电阻（Ω）；

T——通电时间（s）。

上述公式表明决定电阻焊接的热量是焊接电流、两电极之间的电阻及通电时间三大因素。但其中热量的大部分是用来形成点焊的焊点，而少部分却分散流失焊点周围的金属中。形成一定焊点所需的电流与通电时间有关，若通电时间很短，则点焊时所需的电流将增大。

两电极之间的电阻R随电阻焊方法的不同而不同，电阻点焊的电阻R是由两焊件的内部电阻Rw、两焊件之间的接触电阻Rc和电极与焊件之间的接触电阻Rcw组成。

电阻焊基本分类：

电阻焊分为点焊、缝焊、凸焊和对焊。其中点焊是应用较广的方式。

点焊，是利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面成一个点的接方法。后面会有详细内容。

缝焊，焊件装配成搭接并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法，称为缝焊。缝焊主要用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构。

1-上焊件；2-下焊件；3-上电极；4-下电极；5-焊机电源

凸焊，在一个工件上有预制的凸点，凸焊时一次可在接头处形成一个或多个熔核。凸焊是点焊的一种变型形式。

对焊，是使焊件沿整个接触面焊合的电阻焊方法。除了电阻对焊，相关的还有闪光对焊。

电阻对焊：将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。电阻对焊主要用于截面简单和强度要求不太高的焊件。

闪光对焊：将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

电阻点焊过程四个阶段

点焊时，先加压使两个工件紧密接触，然后接通电流。电流流过所产生的电阻热使局部金属被熔化形成液态熔核。断电后，继续保持压力或加大压力，使熔核在压力下凝固结晶，形成组织致密的点。焊完一个点后，电极（或工件）将移至另一点进行焊接。

当焊接下一个点时，有一部分电流会流经已焊好的点，称为分流现象。分流将使焊接处电流减小，影响焊接质量，因此两个相邻点之间应有一定距离。影响焊点质量的主要因素有接电流、通电时间、电极压力和工件表面清理情况等。点焊主要适用于薄板件，每次一个点或一次多个点。

通常，电阻点焊过程是由预压、接、维持和休止四个阶段所组成的，接时间、接电流以及电极电压是其基本参数。

预压阶段：此阶段主要完成了电极力的施加，在电极与件接触后，保持恒定的电极压力加持，以确保电流通道在通电过程中保持稳定，因此预压阶段需要有一定持续时间。

焊接阶段：此阶段作为熔核成型主要阶段，要求有效的接电流保持基本不变，或在小范围内浮动变化。在此阶段，焊区的温度分布经过非常复杂的变化之后逐渐稳定下来。

起初时，件间输入热量远大于消散热量，因此焊接区温度快速攀升，同时形成高温连接区，由于此时外部空气与焊接中心的熔化件处于阻隔状态，因此焊件材料的不会与空气发生氧化反应。一定时间后，熔化区区域变大，其塑性环也跟随变大，直到输入热量与散失热量达到平衡稳定状态。

维持阶段，此阶段中电极还是保持和前两个阶段相同的状态，只是此时不再有接电流通过。此阶段主要是完成熔核中热量的消散，以冷却形成可靠点。

休止阶段：此阶段电流大小和电极压力均为零。在电极回升的同时，移开被焊物体，开始准备下一个焊接过程。

点焊电极常见布置方式

点焊按电极与被焊接材料的接触方式不同可分为：上下对碰法、平行间接法、平行法三类。下图所示为不同接触方式的点焊示意图。

图a所示为上下对碰法，所有的通用点焊机均采用这个方法。它从焊件上、下两侧馈电，适用于小型零件和大型零件周边各焊点的爆接。

图b所示为平行法，从一侧馈电时尽可能同时焊两点以提高生产效率。单面馈电会存在分流现象，当点焊间距过小时将无法焊接。有些情况，可在工件下面加设铜垫板，以降低通路的电阻，从而减轻分流；若设计允许，在焊件的上层板两焊点之间冲一窄长缺口，便可使分流电流大幅下降。

图c所示为平行间接法，在焊件单侧馈电，当零件一侧电极的可达性很差或零件较大、二次回路又过长时可采用这一方式。此方法的缺点是存在分流，为减轻分流可在另一侧加设铜垫并作为单作用支点。

点焊参数对焊接效果的影响

影响动力电池组点焊质量的因素有很多，电阻点焊的两电极之间的电阻、点焊过程中的电流分流、焊接电流、焊接时间、电极压力和焊接电源方式的选择等均会对点焊的质量产生一定的影响。在这之中焊接电流、焊接时间、电极压力与焊接电源方式的选择是影响点焊质量的最大影响因素。

一是调节焊接电流有效值的大小，可使内部电源的热量发生显著变化；

二是由于点焊时在两焊件接触点处会出现电流集中收缩，导致该处集中加热，首先出现塑性连接区，形成点焊时的不均发热过程，为改变这种不利因素，可选择不同的焊接电流波形、改变电极形状和端面尺寸等，都可改变电流场的形态，并控制电流的密度分布，以达到控制溶核形状及位置的目的。

随着焊接电流的增大，所产生的电阻热增多，与之相应的点焊溶核和接头的抗剪强度获得提高。但若焊接电流过大，反而会导致母材过热，甚至会使电极端面损耗加重。