点焊工艺

点焊技术

点焊机原理

焊件组合后通过电极施加压力，利用电流

通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进

行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率

高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因

此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、

轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。

一、焊接热的产出及影响因素

点焊时产生的热量由下式决定：Q=IIRt（J）

————（1）

式中：Q——产生的热量（J）、I——焊接电

流（A）、R——电极间电阻（欧姆）、t——焊接

时间（s）

1.电阻R及影响R的因素

电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件

间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即

R=2Rw+Rc+2Rew——（2）如图.

当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它

的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.

电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率

低的金属其导电性好（如铝合金）。因此，点焊

不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难

而散热易.点焊时，前者可用较小电流（几千安

培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电

阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状

态、加工方式及温度有关。

接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊

接初期，由两方面原因形成：

1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物

或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧

化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。

2）在表面十分洁净的条件下，由的开头的成语 于表面的

微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成

接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电

流通路的缩小而增加了接触处的电阻。

电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，

由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此

很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它

的影响。

2.焊接电流的影响

从公式（1）可见，电流对产热的影响比电

阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是

一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要

原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗

变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因

在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流

焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。

3.焊接时间的影响

为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与

焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得

一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强

条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间

（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规

范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。

对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，

都有一个上下限，使用时以此为准。

4.电极压力的影响

电极压力对两电极间总电阻R有明显的影

响，随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接

电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引

起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力

增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同

时，增大焊接电流。

5.电极形状及材料性能的影响

由于电极的接触面积决定着电流密度，电极

材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散

失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显

著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积

增大，焊点强度将降低。

6.工件表面状况的影响

工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增

大了接触电阻。过厚的氧化物层甚至会使电流不

能通过。局部的导通，由于电流密度过大，则会

产生飞溅和表面烧损。氧化物层的存在还会影响

各个焊点加热的不均匀性，引起焊接质量波动。

因此彻底清理工件表面是保证获得优质接头的

必要条件。

二、热平衡及散热

点焊时，产生的热量只有一小部分用于形

成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损

失掉了，其热平衡方程式：

Q=Q1+Q2————（3）其中：Q1—

—形成熔核的热量、Q2——损失的热量

有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔

化金属量，而与所用的焊接条件无关。

Q1=10%-30%Q，导热性好的金属（铝、铜合金等）

取下限；电阻率高、导热性差的金属（不锈钢、

高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通

过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导

的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量5%

左右。

三、焊接循环

点焊和凸焊的焊接循环由四个基本阶段

（如图点焊过程）：

1）预压阶段——电极下降到电流接通阶段，

确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。

2）焊接时间——焊接电流通过工件，产热

形成熔核。

3）维持时间——切断焊接电流，电极压力

继续维持至熔核凝固到足够强度（点焊机设有时

间继电器待时间一到即切断电流。）。

4）休止时间——电极开始提起到电极再次

开始下降，开始下一个焊接循环。

为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列

各项中的一个或多个加于基本循环：

1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，

使之紧密贴合。

2）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易

于紧密贴合、防止飞溅；凸焊时这样做可以使多

个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各

点加热的一致。

3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹

或缩孔。

4）用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组

织，提高接头的力学性能，或在不加大锻压力的

条件下，防止裂纹和缩孔。

四、焊接电流的种类和适用范围

1.交流电可以通过调幅使电流缓升、缓

降，以达到预热和缓冷的目的，这对于铝合金焊

接十分有利。交流电还可以用于多脉冲点焊，即

用于两个或多个脉冲之间留有冷却时间，以控制

加热速度。这种方法主要应用于厚钢板的焊接。

2.直流电主要用于需要大电流的场合，由

于直流焊机大都三相电源供电，避免单相供电时

三相负载不平衡。

五、金属电阻焊时的焊接性

下列各项是评定电阻焊焊接性的主要指标：

1.材料的导电性和导热性电阻率小而热

导率大的金属需用大功率焊机，其焊接性较差。

2.材料的高温强度高温（0.5-0.7Tm）屈

服强度大的金属，点焊时容易产生飞溅，缩孔，

裂纹等缺陷，需要使用大的电极压力。必要时还

需要断电后施加大的锻压力，焊接性较差。

3.材料的塑性温度范围塑性温度范围较

窄的金属（如铝合金），对焊接工艺参数的波动

非常敏感，要求使用能精确控制工艺参数的焊

机，并要求电极的随动性好。焊接性差。

4.材料对热循环的敏感性在焊接热循环的

影响下，有淬火倾向的金属，易产生淬硬组织，

冷裂纹；与易熔杂质易于形成低熔点的合金易产

生热裂纹；经冷却作强化的金属易产生软化区。

防止这些缺陷应该采取相应的工艺措施。因此，

热循环敏感性大的金属焊接性也较差。（附表：

常用金属的热物理性能）

点焊技术

点焊

电阻点焊（resistancespotwelding），简称

点焊。是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极

之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电

阻焊方法。

点焊是一种高速、经济的重要连接方法，适用

于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小

于3mm的冲压、轧制的薄板构件。当然，它也可

焊接厚度达6mm或更厚的金属构件，但这时其综

合技术经济指标将不如某些熔焊方法。

一、点焊基本原理

1．1点焊接头的形成

电阻点焊原理和接头形成如图1所示。可简述

为：将焊件3压紧在两电极2之间，施加电极压

力后，阻焊变压器1向焊接区通过强大的焊接电

流，在焊件接触面上形成真实的物理接触点，并

随着通电加热的进行而不断扩大。塑变能与热能

使接触点的原子不断激活，消失了接触面，继续

加热形成熔化核心4，简称熔核。熔核中的液态

金属在电动力作用下发生强烈搅拌，熔核内的金

属成分均匀化，结合界面迅速消失。加热停止后，

核心液态金属以自由能最低的熔核边界半熔化

晶粒表面为晶核开始结晶，然后沿与散热相反方

向不断以枝晶形式向中间延伸。通常熔核以柱状

晶形式生长，将合金浓度较高的成分排至晶叉及

枝晶前端，直至生长的枝晶相互抵住，获得牢固

的金属键合，接合面消失了，得到了柱状晶生长

较充分的焊点，如图2所示。或因合金过冷条件

不同，核心中心区同时形成等轴晶粒，得到柱状

晶与等轴晶两种凝固组织并存的焊点，如图3所

示。同时，液态熔核周围的高温固态金属，在电

极压力作用下产生塑性变形和强烈再结晶而形

成塑性环①〔注：塑性环（coronabond）熔核

周围具有一定厚度的塑性金属区域称为塑性环，

它也有助于点焊接头承受载荷〕，该环先于熔核

形成且始终伴随着熔核一起长大，如图4所示。

它的存在可防止周围气体侵入和保证熔核液态

金属不至于沿板缝向外喷溅。

熔核凝固组织为全部柱状晶者，以65Mn熔核

为例，其形成过程模型如图5所示。图中：

图5a凝固前，在熔合线上（固－液相界面）

有许多晶粒处于半熔化状态，显然熔核的液态金

属能很好的润湿取向不同的半熔化晶粒表面，为

异质成核进行结晶提供了有利条件。

图5b液态熔核的温度降低时，由于成分过冷

较大，以半熔化晶粒作底面沿<100>向长出枝晶

束。

在电极与母材的急冷作用下，凝固界面前形成

较大的温度梯度，因而使枝晶主干伸入液体中较

远，枝晶生长很快，枝晶臂间距H与冷却速度V

间存在以下关系。

一次枝晶臂间距H1∝V-?

二次枝晶臂间距H2∝V-（?～?）

由于薄件脉冲点焊熔核尺寸小，电极与母材的

急冷作用强，液体金属的冷却速度极快，因此枝

晶臂的间距甚小。

图5c枝晶继续生产、凝固层向前推进，液体

向枝晶间充填。

枝晶间的液体逐渐向枝晶上凝固，使枝晶变长

变粗，靠近母材处由于温度低，液体向枝晶上凝

固快，以至形成连续的凝固层。由于65Mn合金

具有较宽的凝固温度范围，故凝固层呈锯齿形起

状，由于晶界在凝固层内形成，这就造成柱状晶

A段表面呈平坦的形貌。

越向熔核内部，温度梯度越小，液体向枝晶上

凝固越少，使向前推进的凝固层界面起伏更大。网站打开

倾斜生长的枝晶束被与最大温度梯度一致的

枝晶束（这类枝晶束生产较快）所阻碍而半途停

止。

当一次枝晶晶臂间距过大时，则从二次枝晶晶

臂上可以长出三次臂来，这个三次臂可赶上一次

臂而成为其中的一个。

液体金属凝固时产生的体积收缩和毛吸现象，

均引起熔核内液态金属向正在凝固的枝晶间充

填。

图5d凝固即将结束，剩余液体金属不足以完

全充填枝晶间隙，未被液体充满的枝晶将暴露在

前沿，而枝晶间将留下空隙，这些空隙即将成为

缩松。

图5e具有缩松缺陷的熔核柱状组织断口形貌

示意图。

图5f优质接头的熔核柱状组织断口形貌示意

图。

图2显示的65Mn钢点焊熔核断口形貌表明，

熔核由粗大柱状晶组织组成。粗大柱状晶的内部

微观结构为一枝晶束，在缩松处清晰可见。

熔核凝固组织为“柱状+等轴”晶者，以

2A12-T4熔核为例，其形成过程模型如图6所示。

图中：

图1-6a凝固前，熔合线上许多晶粒处于半熔

化状态，液态金属能很好的润湿取向不同的半熔

化晶粒表面，为异质成核结晶提供了有利条件。

图6b液态熔核的温度开始降低，熔合线处液

态金属首先处于过冷状态，结果以半熔化晶粒作

底面沿<100>向（2A12-T4铝合金金属立方晶系）

长出枝晶束（枝晶束形貌见图7）。某些枝晶发

生二次晶轴的熔断、游离和向熔核中心运送。

图6c枝晶继续生长，锯齿形的连续凝固层向

前推进，液体向枝晶间充填，使枝晶粗化；与热

流方向倾斜的枝晶束生长受阻，枝晶间距自动调

整。

更多的枝晶二次晶轴发生熔断、游离并被排挤

到熔核心部；由于枝晶前沿液体金属的温度梯度

逐渐变缓和溶擀浓度的不断提高，均使等轴晶核

在熔核心部增殖，个别晶核以树枝晶形态生长。

图6d液态金属成分过冷越来越大，大量的等

轴晶核以树枝晶形态迅速长大，彼此相遇（等轴

树枝状晶群形貌见图8），以及与柱状晶的枝晶

束相遇后呈现互相阻碍。

凝固即将结束，当剩余液体金属不足以完全充

填枝晶间隙时，即将形成缩松缺陷。

图6e具有缩松缺陷的熔核“柱状＋等轴”组

织断口形貌示意图。

图6f优质接头的熔核“柱状＋等轴”组织断

口形貌示意图。

图3显示的铝合金点焊熔核断口形貌表明，熔

核由粗大柱状晶组织和粗大等轴晶组织共同组

成。粗大柱状晶的内部微观结构为一枝晶束，粗

大等轴晶的内部微观结构为若干个等轴树枝状

晶紧密结成一团。

1．2点焊的热源及加热特点

1.点焊的热源

电阻点焊的热源是电流通过焊接区（图9）产

生的电阻热。根据焦耳定律，总析热量Q为

(1)

式中i——焊接电流的瞬时值，是时间的函

数；

rc——焊件间接触电阻的动态电阻值，是时间

的函数；

2rcw——电极与焊件间接触电阻的动态电阻

值，是时间的函数；

2rw——焊件内部电阻的动态电阻值，是时间

的函数；

t——通过焊接电流的时间。

2.电流对点焊加热的影响

焊接电流是产生内部热源——电阻热的外部

条件。从式（1）可知，电流对析热的影响比电

阻和时间两者都大，它通过如下二个途径对点焊

的加热过程施加影响。

（1）调节焊接电流有效值的大小会使内部热

源的析热量发生显著变化，影响加热过程。另外，

薄件点焊时，电流波形特征对加热效果亦有影

响。例如，根据热时间常数概念，低碳钢在0.4mm

＋0.4mm以下点焊时，使用工频交流电的有效值

就不如使用电流脉冲幅值更能表征加热效果。焊

接电流有效值I与其脉冲幅值IM之间有如下关

系：

当电容式焊机或工频交流焊机并在全相导通

下焊接时，其焊接电流脉冲幅值为

（2）焊接电流在焊件内部电阻（平均值）2Rw

上所形成的电流场分布特征，将使焊接区各处加

热强度不均匀，从而影响点焊的加热过程。点焊

时的电流场和电流密度分布如图10所示，具有

如下特点：⑴电流线在两焊件的贴合面处要产生

集中收缩，其结果就使贴合面处产生了集中加热

效果；⑵贴合面边缘电流密度j出现峰值，该处

加热强度最大，因而将首先出现塑性连接区，可

保证熔核正常生长；⑶点焊时的电流场特征，使

其加热为一不均匀热过程，焊接区内各点温度不

同，即产生一不均匀温度场。通过选择不同的焊

接电流波形、改变电极形状和端面尺寸等，均可

改变电流场形态并控制电流密度分布，以达到控

制熔核形状及位置的目的。

3.电阻对点焊加热的影响

点焊的电阻是产生内部热源——电阻热的基

础，是形成焊接温度场的内在因素。研究表明，

接触电阻（平均值）Rc＋2Rew的析热量约占内

部热源Q的5％～10％。软规范时可能要小于此

值，硬规范及精密点焊时要大于此值。接触电阻

Rc与导体真实物理接触点的分布和接触点的面

积有关，即与焊件材质、表面状态（清理方法、

表面粗糙度、存放时间等）、电极压力及温度等

有关。有时为避免发生粘损、初期喷溅等不良现

象，可在厚钢板、铝合金等的点焊中采用马鞍形

压力变化曲线以获得低而均匀的接触电阻值，这

不仅可充分利用电功率，又可取得提高焊接质

量、节约电能的双重效果。在厚钢板点焊时，若

采用预热电流脉冲、调幅电流波形等点焊循环，

亦可获得与采用马鞍形压力变化曲线相同之功

效，并且由于可不必增大预压电极压力而降低了

设备的造价。应该指出，虽然接触电阻析热量占

热源比例不大，并且在焊接开始后很快降低、消

失，但这部分热量对建立焊接初期的温度场、扩

大接触面积、促进电流分布的均匀化是有重要作

用的。

室温下的接触电阻Rc可用下列关系式表示：

Rc＝r′cF-m

式中r′c——恒定系数，F为1N时的接触电

阻值，可由试验测得（）；

F——电极压力或接触面承受的压力（N）；

m——与材料性质有关的指数（0.5～1.0范围

内选取）。

研究表明，异种金属材料相接触，其接触电阻

值取决于较软的材料。同时，同一焊接区的接触

电阻Rc与Rew之间存在一定的关系，即

Rew≈（1/2）Rc（钢材，表面化学清洗、铜

合金电极）

Rew≈（1/25）Rc（铝合金，表面化学清洗、

铜合金电极）

焊件内部电阻2Rw的析热量约占总析热量Q的

90％～95％。软规范时要大于此值，硬规范及精

密点焊时可能要小于此值。焊件内部电阻是焊接

区金属材料本身所具有的电阻，该区域的体积要

大于以电极与焊件接触面为底的圆柱体体积（图

10a），可由下式近似确定：

2

2Rw＝KAT────（5）

d2/4

式中K——考虑焊件不均匀加热系数（0.80～

0.90范围内选取）；

A——考虑电场不均匀性的系数（0.82～0.84

范围内选取）；

T——焊接区金属的电阻率，是温度的函数

（mm）；

——单个焊件的厚度（mm）；

d——电极与焊件接触面直径（mm）。

影响内部电阻2Rw的因素可归纳为：金属材料

的热物理性质（T）、力学性能（金属材料压溃

强度′）、点焊焊接参数及特征（电极压力F

及硬、软规范）和焊件厚度（）等。同时，还

应该指出，在点焊加热过程中焊接区这一不均匀

加热的非线性空间导体，其形态和温度分布始终

处于不断变化中。因而，焊件的内部电阻2rw(瞬

时值)也具有复杂的变化规律，只有在加热临近

终了时（正常点焊时，减弱或切断焊接电流的时

刻），非线性空间导体的形态和温度分布才呈现

暂时稳定状态，即此时焊接电流场和温度场进入

准稳态，2rw趋近于一个稳定的数值2R′w（金

属材料点焊断电时刻焊件内部电阻的平均值）。

研究表明，不同的金属材料在加热过程中焊接

区动态总电阻r（动态值）的变化规律相差甚大

（图11）。不锈钢、钛合金等材料呈单调下降的

特性；铝及铝合金在加热初期呈迅速下降后趋于

稳定；而低碳钢r的变化曲线上却明显有一峰

值。由于动态总电阻r标志着焊接区加热和熔核

长大的特征，可用来作为监控焊点质量的物理参

量，例如在低碳钢点焊质量监控中的“动态电阻

法”。

4.点焊的热平衡

点焊热平衡组成如图12所示。热平衡方程式

如下：

Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4（6）

式中Q——焊接区总析热量；

Q1——熔化母材金属形成熔核的热量；

Q2——通过电极热传导而损失的热量；

Q3——通过焊件热传导而损失的热量；

Q4——通过对流、辐射散失到空气介质中的热

量。

Q的大小取决于焊接参数特征和金属的热物理

性质。例如，点焊2A12-T4（LY12CZ）铝合金板

材，获得直径6mm熔核时，硬规范（t＝0.02s）

时Q＝400J；软规范（t＝0.2s）时Q＝1200J；

而点焊钢材时，同样获得6mm熔核，则Q＝1700J；

Q1仅取决于金属的热物理性质及熔化金属量，

而与热源种类和焊接参数特征无关，点焊时Q1

≈（10～30）％Q，导热性好的金属材料（铝、

铜合金等）取低限；Q2与电极材料、形状及冷

却条件有关，点焊时Q2≈（30～50）％Q，是最

主要的散热损失；Q3与板件厚度、材料的热物

理性质以及焊接参数特征等因素有关，Q3≈20％

Q；Q4≈5％Q，在利用热平衡方程式进行有关计

算时可忽略不计。

应该指出，在实际生产中往往利用控制Q2来

获得合适的焊接温度场。例如，在不同厚度焊件

的点焊中，采用附加垫片或改换电极材料等措施

以减小Q2，可改善熔核偏移，增加薄件一边的

焊透率。

焊接区的温度分布是析热与散热的综合结果，

点焊加热终了时的温度分布如图13所示。最高

温度总是处于焊接区中心，超过被焊金属熔点

Tm的部分形成熔核，核内温度可能超过Tm（焊

钢时超出200～300K），但在电动力强烈搅拌下，

进一步升高是困难的。由于Q2、

Q3的强烈作用，离开熔核边界温度降低很快。

当被焊金属导热性差（钢）或用硬规范点焊时，

温度梯度将很大；而被焊金属导热性好（铝）或

用软规范点焊时，温度梯度则将较小。

二、点焊一般工艺

2．1点焊方法

根据点焊时电极向焊接区馈电方式，分为双面

点焊和单面点焊。同时，又根据在同一个点焊焊

接循环中所能形成的焊点数，将其进一步细分，

如图14和图15所示。

双面点焊应用最广，尤其图14a是最常用的

方式；图14c常用于装饰性面板点焊，装饰面

因处于大面积的导电板电极一侧，会得到浅压痕

或无压痕的焊点；图14d因采用多个变压器单

独双面馈电，仅用于下电极无法抵达构件背面或

里面的场合。其中图15a常用于零件较大、二

次回路过长情况；图15b因无分流产生而优于

图15c，为降低分流可在工件下面附设铜垫板，

以提供低电阻通路；图15d各对电极均由单独

变压器供电，可同时通电，具有焊接质量高、生

产率高、变形小和三相负载平衡等优点，在汽车

组件生产中常可遇到。

有时因焊件的结构形式和所拥有的点焊设备

限制，也会采用一些特殊的点焊形式，如图16

所示。加入铜芯棒可增强构件点焊部位刚度，使

点焊能正常进行，同时铜芯棒又提供了低电阻通

路，降低了分流。其中图16b中接头设计优于

图a的设计，因为分流减到最小，保证了点焊

质量。

总之，对焊件馈电点焊时应遵循以下原则：尽

量缩短二次回路长度及减小回路所包围的空间

面积，以减少能耗；尽量减少伸入二次回路的铁

磁体体积，特别是在不同位置焊点焊接时伸入体

积有很大变化，以避免焊接电流产生较大波动

（尤其使用工频交流焊机）；尽量防止和减小分

流。

2．2点焊接头设计

1.点焊接头主要尺寸的确定

点焊通常采用搭接接头或折边接头（图17）。

接头可以由两个或两个以上等厚度或不等厚度、

相同材料或不相同材料的零件组成，焊点数量可

为单点或多点。在电极可达性良好的条件下，接

头主要尺寸设计可参见表1、表2和表3。

表2接头的最小搭接量（单位：mm）

最薄板件厚度

单排焊点的最小搭接量

双排焊点的最小搭接量

结构钢

不锈钢及高温合金

轻合金

结构钢

不锈钢及高温合金

轻合金

0.5

8

6

12

16

14

22

0.8

9

7

12

18

16

22

1.0

10

8

14

20

18

24

1.2

11

9

14

22

20

26

1.5

12

10

16

24

22

30

2.0

14

12

20

28

26

34

2.5

16

14

24

32

30

40

3.0

18

16

26

36

34

46

3.5

20

18

28

40

38

48

4.0

22

20

30

42

40

50

表3焊点的最小点距（单位：mm）

最薄板件厚度

最小点距

结构钢

不锈钢及高温合金

轻合金

0.5

10

8

15

0.8

12

10

15

1.0

12

10

15

1.2

14

12

15

1.5

14

12

20

2.0

16

14

25

2.5

18

16

25

3.0

20

18

30

3.5

22

20

35

4.0

24

22

35

2.焊点布置的合理性

点焊焊接结构通常由多点连接而成，其排列型

式多为单排，有时也可为多排。在单排点焊接头

中焊点除受切应力外，还承受由偏心力引起的拉

应力，在多排点焊的接头中，拉应力较小。研究

表明，焊点排数多于3是不合理的，因为多于3

排并不能再增加承载能力。同时，还应注意，单

排的点焊接头是不可能达到接头与母材等强度，

只有采用多排（3排）布置焊点，才可以改善偏

尽力矩的影响，降低应力集中系数，如果采用交

错的排法，情况将会更好。理论上说，可以得到

与基本金属等强度的点焊接头。

应当注意，点焊接头的疲劳强度很低，增加焊

点数量也无效。

点焊接头静载强度计算方法及焊点布置见表

4。

通常焊点强度用每点切力（FT）及正拉力（F

）评定，正拉力与切力之比（F/FT）称塑（延）

性比，其值越大表明塑（延）性越好，而且与材

质关系密切。例如钢焊件一般随含碳量增加而塑

性比下降，应按结构受力及所用材料合理选用塑

（延）性比。

3.点焊结构的影响

电极能否较方便地达到焊接位置，对焊接质量

和生产效率影响很大。因此，根据电极可达性将

点焊结构分为敞开式（上、下均方便可达）、半

敞开式（仅上或下可方便到达）、封闭式（上、

下均受到阻碍），这时需采用特殊电极和专用电

极握杆，如图18所示。

2．3焊前工件表面清理

点焊、凸焊和缝焊前，均需对焊件表面进行清

理，以除掉表面脏物与氧化膜，获得小而均匀一

致的接触电阻，这是避免电极粘结、喷溅、保证

点焊质量和高生产率的主要前提。对于重要焊接

结构和铝合金焊件等，尚需每批抽测施加一定电

极压力下的两电极间总电阻R，以评定清理效果，

一般情况下可由清理工艺保证。清理方法可有二

类：机械法清理，主要有喷砂、刷光、抛光及磨

光等；化学清理用溶液参见表5，也可查阅相关

熔焊资料。

表5化学腐蚀用的溶液成分

金属

腐蚀用溶液

中和用溶液

R允许值/

低碳钢

1.每升水中H2SO4200g、NaCl10g、缓冲剂六

次甲基四胺1g，温度50～60℃

2.每升水中HCl200g、六次甲基四胺10g，

温度30～40℃

每升水中NaOH或KOH50～70g，温度20～25℃

600

结构钢、

低合金钢

1.每升水中H2SO4100g、NaCl50g、六次甲基

四胺10g，温度50～60℃

2.每0.8L水中H3PO465～98g、Na3PO435！50g

乳化剂OP25g、硫脲5g

每升水中NaOH或KOH50～70g，温度20～25℃

每升水中NaNO35g，温度50～60℃

800

不锈钢、

高温合金

在0.7L水中H2SO4110g、HCl130g、HNO310g，

温度50～70℃

质量分数为10％的苏打溶液，温度20～25℃

1000

钛合金

每0.6L水中HCl16g、HNO370g、HF50g

—

1500

铜合金

1.每升水中HNO3280g、HCl1.5g、炭黑1～

2g，温度15～25℃

2.每升水中HNO3100g、H2SO4180g、HCl1g，

温度15～25℃

—

300

铝合金

每升水中H3PO4110～155g、K2Cr2O7或

Na2Cr2O71.5～0.8g，温度30～50℃

每升水中HNO315～25g，温度20～25℃

80～120

镁合金

在0.3～0.5L爱江山更爱美男 水中NaOH300～600g、NaNO340～

70g、NaNO2150～250g，温度70～100℃

—

120～180

注：成分中酸的密度。硫酸－1.84(g/cm3，下

同)，硝酸－1.40，盐酸－1.19，正磷酸－1.6。

焊前点焊电极的正确选用和焊接过程中的维

护修理，也是一个重要条件。

2．4.点焊焊接参数及其相互关系

1.点焊焊接循环

焊接循环（weldingcycle），在电阻焊中是指

完成一个焊点（缝）所包括的全部程序。图19

是一个较完整的复杂点焊焊接循环，由加压，…，

休止等十个程序段组成，I、F、t中各参数均可

独立调节，它可满足常用（含焊接性较差的）金

属材料的点焊工艺要求。当将I、F、t中某些参

数设为零时，该焊接循环将会被简化以适应某些

特定材料的点焊要求。当其中I1、I3、Fpr、Ffo、

t2、t3、t4、t6、t7、t8均为零时，就得到由

四个程序段组成的基本点焊焊接循环，该循环是

目前应用最广的点焊循环，即所谓“加压－焊接

－维持－休止”的四程序段点焊或电极压力不变

的单脉冲点焊。

2.点焊焊接参数

点焊焊接参数的选择，主要取决于金属材料的

性质、板厚、结构形式及所用设备的特点（能提

供的焊接电流波形和压力曲线），工频交流点焊

在点焊中应用最为广泛且主要采用电极压力不

变的单脉冲点焊。

（1）焊接电流I焊接时流经焊接回路的电流

称为焊接电流，一般在数万安培（A）以内。焊

接电流是最主要的点焊参数。调节焊接电流对接

头力学性能的影响如图20所示。

AB段曲线呈陡峭段。由于焊接电流小使热源

强度不足而不能形成熔核或熔核尺寸甚小，因此

焊点拉剪载荷较低且很不稳定。

BC段曲线平稳上升。随着焊接电流的增加，

内部热源发热量急剧增大（Q∝I2），熔核尺寸稳

定增大，因而焊点拉剪载荷不断提高；临近C点

区域，由于板间翘离限制了熔核直径的扩大和温

度场进入准稳态，因而焊点拉剪载荷变化不大。

CD段由于电流过大使加热过于强烈，引起金

属西安饺子宴 过热、喷溅、压痕过深等缺陷，接头性能反而

降低。

图20还表明，焊件越厚BC段越陡峭，即焊接

电流的变化对焊点拉剪载荷的影响越敏感。

（2）焊接时间t自焊接电流接通到停止的

持续时间，称焊接通电时间，简称焊接时间。点

焊时t一般在数十周波（1周波＝0.02s）以内。

焊接时间对接头力学性能的影响与焊接电流相

似（图21）。但应注意二点：

1)C点以后曲线并不立即下降，这是因为尽

管熔核尺寸已达饱和，但塑性环还可有一定扩

大，再加之热源加热速率较和缓，因而一般不会

产生喷溅。

2)焊接时间对接头塑性指标影响较大，尤其

对承受动载或有脆性倾向的材料（可淬硬钢、铝

合金等），较长的焊接时间将产生较大的不良影

响。

（3）电极压力Fw点焊时通过电极施加在焊

件上的压力一般要数千牛（N）。图22表明，电

极压力过大或过小都会使焊点承载能力降低和

分散性变大，尤其对拉伸载荷影响更甚。当电极

压力过小时，由于焊接区金属的塑性变形范围及

变形程度不足，造成因电流密度过大而引起加热

速度增大而塑性环又来不及扩展，从而产生严重

喷溅。这不仅使熔核形状和尺寸发生变化，而且

污染环境和不安全，这是绝对不允许的。电极压

力过大时将使焊接区接触面积增大，总电阻和电

流密度均减小，焊接散热增加，因此熔核尺寸下

降，严重时会出现未焊透缺陷。一般认为，在增

大电极压力的同时，适当加大焊接电流或焊接时

间，以维持焊接区加热程度不变。同时，由于压

力增大，可消除焊件装配间隙、刚性不均匀等因

素引起的焊接区所受压力波动对焊点强度的不

良影响。此时，不仅使焊点强度维持不变，稳定

性亦可大为提高。

（4）电极头端面尺寸D或R电极头是指点焊

时与焊件表面相接触时的电极端头部分。其中D

为锥台形电极头端面直径，R为球面形电极头球

面半径，h为端面与水冷端距离（图23）。电极

头端面尺寸增大时，由于接触面积增大、电流密

度减小、散热效果增强，均使焊接区加热程度减

弱，因而熔核尺寸减小，使焊点承载能力降低（图

24）。应该指出，在点焊过程中，由于电极工作

条件恶劣，电极头产生压溃变形和粘损是不可避

免的，因此要规定：锥台形电极头端面尺寸的增

大△D<15％D，同时对由于不断锉修电极头而带

来的与水冷端距离h的减小也要给予控制。低碳

钢点焊h≥3mm，铝合金点焊h≥4mm。

3.焊接参数间相互关系及选择

点焊时，各焊接参数的影响是相互制约的。当

电极材料、端面形状和尺寸选定以后，焊接参数

的选择主要是考虑焊接电流、焊接时间及电极压

力，这是形成点焊接头的三大要素，其相互配合

可有两种方式。

（1）焊接电流和焊接时间的适当配合这种配

合是以反映焊接区加热速度快慢为主要特征。当

采用大焊接电流、短焊接时间参数时，称硬规范；

而采用小焊接电流、适当长焊接时间参数时，称

软规范。

软规范的特点：加热平稳，焊接质量对焊接参

数波动的敏感性低，焊点强度稳定；温度场分布

平缓，塑性区宽，在压力作用下易变形，可减少

熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向；对有淬硬倾向的

材料，软规范可减小接头冷裂纹倾向；所用设备

装机容量小，控制精度不高，因而较便宜。但是，

软规范易造成焊点压痕深，接头变形大，表面质

量差，电极磨损快，生产效率低，能量损耗较大。

硬规范的特点与软规范基本相反，在一般情况

下，硬规范适用于铝合金、奥氏体不锈钢、低碳

钢及不等厚度板材的焊接；而软规范较适用于低

合金钢、可淬硬钢、耐热合金、钛合金等。

应该注意，调节I、t使之配合成不同的硬、

软规范时，必须相应改变电极压力Fw，以适应

不同加热速度及满足不同塑性变形能力的要求。

硬规范时所用电极压力显著大于软规范焊接时

的电极压力。

（2）焊接电流和电极压力的适当配合这种配

合是以焊接过程中不产生喷溅为主要原则，这是

目前国外几种常用电阻点焊规范（RWMA、MIL

Spec、BWRA等）的制定依据。根据这一原则制

定的I-Fw关系曲线，称喷溅临界曲线（图25）。

曲线左半区为无喷溅区，这里Fw大而I小，但

焊接压力选择过大会造成固相焊接（塑性环）范

围过宽，导致焊接质量不稳定；曲线右半区为喷

溅区，因为电极压力不足，加热速度过快而引起

喷溅，使接头质量严重下降和不能安全生产。

当将规范选在喷溅临界曲线附近（无喷溅区

内）时，可获得最大熔核和最高拉伸载荷。同时，

由于降低了焊机机械功率，也提高了经济效果。

当然，在实际应用这一原则时，应将电网电压、

加压系统等的允许波动带来的影响考虑在内。

以上讨论的两种情况，其结果常以金属材料点

焊焊接参数表、列线图、曲线图和规范尺等形式

表现出来，但在实际使用这些资料时均需进行试

验修正。

三、常用金属材料的点焊

判断金属材料点焊焊接性的主要标志：①材料

的导电性和导热工资申请加薪报告 性，即电阻率小而热导率大的金

属材料，其焊接性较差；②材料的高温塑性及塑

性温度范围，即高温屈服强度大的材料（如耐热

合金）、塑性温度区间较窄的材料（如铝合金），

其焊接性较差；③材料对热循环的敏感性，即易

生成与热循环作用有关缺陷（裂纹、淬硬组织等）

的材料（如65Mn），其焊接性较差；④熔点高、

线膨胀系数大、硬度高等金属材料，其焊接性一

般也较差。当然，评定某一金属材料点焊焊接性

时，应综合、全面地考虑以上诸因素。

3．1低碳钢的点焊

含碳量c≤0.25％的低碳钢和碳当量CE≤

0.3％的低合金钢，其点焊焊接性良好，采用普

通工频交流点焊机、简单焊接循环，无需特别的

工艺措施，即可获得满意的焊接质量。

点焊技术要点：

（1）焊前冷轧板表面可不必清理，热轧板应

去掉氧化皮、锈。

（2）建议采用硬规范点焊，CE大者会产生

一定的淬硬现象，但一般不影响使用。

（3）焊厚板（>3mm）时建议选用带锻压力

的压力曲线，带预热电流脉冲或断续通电的多脉

冲点焊方式，选用三相低频焊机焊接等。

（4）低碳钢属铁磁性材料，当焊件尺寸大时

应考虑分段调整焊接参数，以弥补因焊件伸入焊

接回路过多而引起的焊接电流减弱。

（5）焊接参数见表6。

表6低碳钢板的点焊焊接参数

板厚

/mm

电极头端面直径

/mm

A

B

C

焊接电流

/A

焊接时间

/s

电极压力

/N

焊接电流

/A

焊接时间

/s

电极压力

/N

焊接电流

/A

焊接时间

/s

电极压力

/N

0.4

3.2

5200

0.08

1150

4500

0.16

750

3500

0.34

400

0.5

4.8

6000

0.10

1350

5000

0.18

900

4000

0.40

450

0.6

4.8

6600

0.12

1500

5500

0.22

1000

4300

0.44

500

0.8

4.8

7800

0.14

1900

6500

0.26

1250

5000

0.50

600

1.0

6.4

8800

0.16

2250

7200

0.34

1500

5600

0.60

750

1.2

6.4

9800

0.20

2700

7700

0.38

1750

6100

0.66

850

1.6

6.4

11500

0.26

3600

9100

0.50

2400

7000

0.86

1150

1.8

8.0

12500

0.28

4100

9700

0.54

2750

7500

0.96

1300

2.0

8.0

13300

0.34

4700

10300

0.60

3000

8000

1.06

1500

2.3

8.0

15科学论文 000

0.40

5800

11300

0.74

3700

8600

1.28

1800

3.2

9.5

17400

0.54

8200

12900

1.0

5000

10000

1.74

2600

注：1.本表节选自RWMA规范，焊接时间栏内

数据已按电源频率50Hz修订。

2.A—硬规范，C－软规范，B－一般规范。

典型低碳钢点焊优质接头金相照片如图26所

示。

3．2可淬硬钢的点焊

可淬硬钢如45、30CrMnSiA、1Cr13、65Mn等，

其点焊焊接性差，点焊接头极易产生缩松、缩孔、

脆性组织、过烧组织和裂纹等缺陷。缩松与缩孔

缺陷均产生于熔核凝固过程的后期，分布在贴合

面附近，使点焊接头力学性能变坏，尤其引发裂

纹后会显著降低焊点持久强度极限；脆性组织马

氏体产生在熔核凝固后的接头继续冷却过程中，

当随机回火热处理不适当时，在接头高应力区的

板缝附近仍可存在并引发冷裂纹；由于点焊接头

的搭接结构特点和当前点焊质量控制技术水平

所限，高应力区（残留）淬硬很难完全避免；过

烧组织产生在熔核与工件表面之间，是多脉冲回

火热处理点焊工艺必须重视的一种缺陷，它不仅

使接头抗疲劳性能显著降低，而且使接头的耐蚀

性下降；熔核内裂纹严重时可贯穿贴合面而与板

缝相通，它与热影响区产生的冷裂纹一样均是最

危险的缺陷，但由于往往是由缩松或缩孔所引

发，因而较易解决。

点焊技术要点：

（1）电极压力和焊接电流选择在保证熔核直

径条件下，焊接电流脉冲值应选择偏小，以使熔

核焊透率接近设计值下限（50％～60％为宜），

电极压力值应选择较大，为相同板厚低碳钢点焊

时的1.5～1.7倍，或采用可予调制的焊接电流

脉冲波形（即用热量递增控制以减轻或避免初期

内喷溅）。

（2）双脉冲点焊工艺这种点焊工艺为焊接电

流脉冲加1个回火热处理脉冲，配合适当会得到

高强度的点焊接头，撕破试验时接头呈韧性断

裂，可撕出圆孔。这里应注意，两脉冲之间的间

隔时间一定要保证使焊点冷却到马氏体转变点

Ms温度以下。同时，回火电流脉冲幅值要适当，

以避免焊接区金属加热重新超过奥氏体相变点

而引起二次淬火。

双脉冲点焊焊接参数可参见表7。

表730CrMnSiA钢带回火双脉冲点焊的焊接参

数

板厚

/mm

电极工作面

直径/mm

电极压力

/kN

焊接脉冲

间隔时间

/s

回火脉冲

焊接电流/kA

时间/s

回火电流/kA

时间/s

1.0

1.5

2.0

2.5

5～5.5

6～6.5

6.5～7

7～7.5

1～1.8

1.8～2.5

2～2.8

2.2～3.2

5～6.5

6～7.2

6.5～8.0

7.0～9.0

0.44～0.64

0.48～0.70

0.50～0.74

0.60～0.80

0.5～0.6

0.5～0.6

0.5～0.6

0.6～0.7

2.5～4.5父母是孩子最好的榜样

3.0～5.0

3.5～6.0

4.0～7.0

1.2～1.4

1.2～1.6

1.2～1.7

1.3～1.8

（3）多脉冲回火热处理工艺这种点焊工艺为

焊接电流脉冲加多个回火热处理脉冲，许多研究

和生产实践表明，传统的双脉冲点焊工艺，难以

稳定的保证接头组织的充分回火及合理分布，在

高应力区马氏体仍有存在（图27，曲线B），出

现脆性断口形貌（图28a），力学性能不高；而

采用多脉冲回火点焊工艺能有效而稳定的对接

头显微组织和分布予以控制，使高应力区获得充

分回火（图27，曲线C），得到韧性断口形貌（图

28b）,使力学性能，尤其是疲劳性能获得显著提

高。同时，由于增加了回火参数的调整裕度，降

低了对点焊控制设备精度的要求。

目前，多脉冲回火点焊，工艺正在进一步试验

和推广中。

典型可淬硬钢点焊优质接头金相照片如图29

所示。

3.3铝合金的点焊

铝合金分为冷作强化型3A21(LF21)、

5A02(LF2)、6A06(LF6)等和热处理强化型

2A12-T4(LY12CZ)、7A04-T6(LC4CS)等。焊接性

均较差。

点焊技术要点：

（1）焊前必须按工艺文件仔细进行表面化学

清洗，并规定焊前存放时间。

（2）电极一般选用CdCu合金，端面推荐用

球面形并注意经常清理，电极应冷却良好。

（3）采用硬规范，焊接电流常为相同板厚低

碳钢的4～5倍，因此功率强大的点焊机是焊铝

的基本条件。

（4）波形选择，除板厚<1.2mm的冷作强

化型铝合金可以用工频交流波形点焊外，板厚较

大的冷作强化型铝合金及所有热处理强化型铝

合金一律推荐用直流冲击波、三相低频和直流焊

机点焊。

（5）焊接循环，采用缓升、缓降的焊接电流，

可起到预热和缓冷作用；具有阶梯形或马鞍形压

力变化曲线可提供较高的锻压力；高精确度的控

制器可保证各程序的准确性，尤其是锻压力的施

加时间。这样的点焊循环对防止喷溅、缩孔及裂

纹等缺陷至关重要。

（6）焊接参数参见表8、表9和表10。

表8铝合金单相交流点焊焊接参数

板厚

/mm

电极直径

/mm

电极球面半径/mm

电极压力

/N

焊接电流

/kA

通电时间

/s

熔核直径

/mm

0.4+0.4

16

75

1470～1764

15～17

0.06

2.8

0.5+0.5

1764～2254

16～20

0.06～0.10

3.2

0.7+0.7

1960～2450

20～25

0.08～0.10

3.6

0.8+0.8

100

2254～2840

0.10～0.12

4.0

0.9+0.9

2646～2940

22～25

0.12～0.14

4.3

1.0+1.0

2646～3724

22～26

0.12～0.16

4.6

1.2+1.2

2944～3920

24～30

0.14～0.16

5.3

1.5+1.5

150

3920～4900

27～32

0.18～0.20

6.0

1.6+1.6

3920～5390

32～40

0.20～0.22

6.4

表9铝合金直流冲击波点焊焊接参数

铝合金

种类

焊件

厚度

/mm

电极球

面半径

/mm

电极

加压

方式

电极压力/N

焊接

电流

/KA

锻压开

始时间

/s

焊接通

电时间

/s

熔核直径

/mm

焊接

锻压

非热处

理强化

铝合金

0.8+0.8

75

恒

压

1960～2450

－

25～28

－

0.04～0.08

－

1.0+1.0

100

2450～3528

－

29～32

－

0.04

－

1.5+1.5

150

3430～3920

－

35～40

－

0.06

－

2.0+2.0

200

4410～4900

－

45～50

－

0.10

－

2.5+2.5

5800～6370

－

49～55

－

0.10～0.14

－

3.0+3.0

阶

梯

形

压

力

7840

21560

57～60

0.12

0.12～0.18

－

热处理

强化铝

合金

0.5+0.5

75

2250～3038

2940～3136

19～26

0.06

0.02

3.0～3.2

0.8+0.8

100

3136～3430

4900～7840

26～36

0.06

0.04

4.0

1.0+1.0

3528～3920

7840～8820

29～36

0.06

0.04

4.5

1.3+1.3

3920～4116

9800～10290

40～46

0.08

0.04

5.3

1.6+1.6

150

4900～5782

13230～13700

45～54

0.08

0.06

6.4

1.8+1.8

200

6664～7154

14700～15680

50～55

0.12

0.06

7.0

2.0+2.0

6860～8820

18620～19110

70～75

0.12

0.10

7.6

2.5+2.5

7840～10780

24500～25480

80～85

0.12

0.14

9.1

3.0+3.0

10780～11760

29400～31360

80～85

0.20

0.16

9.3

表10铝合金在三相点焊机上的点焊焊接参数

板厚

/mm

电极直径/mm

电极球面

半径/mm

电极压力/kA

通电时间/ms

电流/A

熔核直径

/mm

焊接

锻压

焊接

后热

焊接

后热

三相整流式焊机

0.5

1.0

1.6

2.0

3.2

16

16

16

23

23

75

100

200

200

200

2.4

3.0

5.0

6.6

11.4

5.2

7.0

13.2

17.3

30

20

40

80

100

160

无

无

80

140

340

22000

28000

43000

52000

69000

无

无

36000

42000

54000

3

4.1

6.5

7.5

11

三相变频式焊机

0.5

1.0

1.6

2.0

3.2

16

16

16

23

23

75

100

150

150

200

2.3

3.2

5.9

9.1

18.2

无

8.2

13.6

19.6

40.9

10

20

40

40

60

无

60

80

80

160

26000

36000

54000

65000

100000

无

9000

18900

22700

45000

3.2

4.1

6.5

7.5

11

典型铝合金点焊优质接头金相照片如图30所

示。

3．4不锈钢的点焊

按钢的组织可将不锈钢分为奥氏体型、铁素体

型、奥氏体－铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型

等。其中马氏体不锈钢由于可淬硬、有磁性，其

点焊焊接性与前述可淬硬钢相近，考虑到该型钢

具有较大的晶粒长大倾向，焊接时间参数一般应

选择小些，参见表11。

表11马氏体型不锈钢（2Cr13、

1Cr11Ni2W2MoVA）的带回火双脉冲点焊焊接参数

厚度

/mm

电极压力

/kN

焊接参数海鱼的营养价值

间隔时间

/s

回火参数

电流/kA

时间/s

焊接电流/kA

时间/s

0.3

0.5

0.8

1.0

1.2

1.5

2.0

2.5

3.0

1.5～2.0

2.5～3.0

3.0～4.0

3.5～4.5

4.5～5.5

5.0～6.5

8.0～9.0

10.0～11.0

12.0～14.0

4.0～5.0

4.5～5.0

4.5～5.0

5.0～5.7

5.5～6.0

6.0～7.5

7.5～8.5

9.0～10.0

10.0～11.0

0.06～0.08

0.08～0.12

0.10～0.16