电阻焊设备及安全操作.docx
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电阻焊设备及安全操作
电阻焊设备及安全操作
一、电阻焊设备分类
电阻焊设备是指采用电阻加热原理进行焊接操作的一种设备。
包括点焊机、缝焊机、凸焊机和对焊机。
有些场合还包括与这些焊机配套的控制箱。
一般的电阻焊设备由三个主要部分组成：
（1）以阻焊变压器为主，包括电极及次级回路组成的焊接回路。
（2）由机架和有关夹持工件及施加焊接压力的传动机构组成的机械装置。
（3）能按要求接通电源，并可控制焊接程序中各段时间及调节焊接电流的控制电路。
为了保证电阻焊设备的正常运行，使其能发挥最大的效能，电阻焊设备要尽量满足下列要求：
（一）使用条件
（1）空气自然冷却的焊机，海拔高度不超过1000m，周围空气最高温度不大于40℃。
（2）通水冷却的焊机，进水口的水温不大于30℃，冷却水的压力应能保证必需的流量，水质应符合工业用水标准。
（3）电网供电参数：
220V或380V，50Hz。
在下列电网供电品质条件下焊机应能正常工作：
电压波动：
在±10％内（当频率为额定值时）。
频率波动：
不大于±2％（当电压为额定值时）。
（二）主要技术要求
（1）焊机中不与地相连接的电气回路，在规定的使用条件下其对地绝缘电阻应不低于2．5MΩ。
（2）焊机中不与地相连接，工作电压为以下值时的电气回路应承受规定的试验电压，持续1min。
小于或等于220V工作电压时的试验电压为1700V。
小于或等于380V工作电压时的试验电压为2000V。
对电气回路中的个别元件，由于特性限制，在试验时允许从电路中拆除或短接。
（3）阻焊变压器在额定初级电压及额定级数时其空载视在功率（P0）及空载电流（P10）应不大于表6—3规定的数值。
对于额定功率小于16kV·A的阻焊变压器与焊钳连成一体的焊机，其空载视在功率与空载电流的允许值可较表中数值大2．5倍。
表6—3阻焊变压器空载视在功率及空载电流允许值
额定功率
（kV．A）
空载视在功率
（W）
空载电流允许值I10（A）
额定初级电压U1n（V）
220
380
415
500
5
10
16
25
40
63
80
100
125
160
200
250
315
400
1000
1800
2600
3750
5600
8200
8800
10000
11250
12800
14000
15000
15750
20000
4.5
8.2
11.6
17.0
25.5
37.2
40.0
45.5
51.1
58.2
63.6
68.2
71.6
90.9
2.6
4.7
6.7
9.9
14.7
21.6
23.2
26.3
29.6
33.7
36.8
39.5
41.4
52.6
2.4
4.3
6.2
9.0
13.5
19.7
21.2
24.1
27.1
30.8
33.7
36.1
38.0
48.2
2.0
3.5
5.1
7.5
11.2
16.4
17.6
20.0
22.5
25.6
28.0
30.0
31.5
40.0
（4）焊机的最大次级短路电流值（1200）在以间接方法测定时（即以初级电流与阻焊变压器变压比的乘积计算）允差是－10％，当使用专门大电流计直接测定时允差±5％。
（5）阻焊变压器线圈温升的测定最常采用的是电阻法。
大多数阻焊变压器均是水冷结构，绝缘等级以B级占多数，因此线圈的温升极限值是95K。
如果绝缘等级提高到9级时则温升极限值是115K。
（6）焊机加压机构应保证电极间压力稳定，电极压力的实际值与额定值之差不应超过额定值的±8％。
二、点焊机和凸焊机
（一）摇臂式焊机
最简单和最通用的点焊机是摇臂式点焊机。
这种点焊机是利用杠杆原理，通过上电极臂施加电极压力。
上、下电极臂为伸长的圆柱形构件，既传递电极压力，也传递焊接电流。
摇臂式焊机的上电极是绕上电极臂支承轴作圆弧运动，当上电极和下电极与工件接触加压时，上电极臂和下电极臂必须处于平行位置。
只有这样，才能获得良好的加压状态。
如果电极臂的刚度不够，可能发生电极滑移。
有三种操作方法：
（1）气动；
（2）脚踏；（3）电动机—凸轮。
气动摇臂式焊机的电极压力是活塞力与杠杆长度比的乘积。
因此电极压力与用减压阀控制的压缩空气压强成正比。
在脚踏和电动机—凸轮操作的焊机中，弹簧力代替活塞力。
弹簧被脚踏推动的杠杆或被电动机驱动的凸轮压缩。
电极压力与弹簧的压缩量成正比。
脚踏操作的点焊机适用于焊接要求不高的小批量工件。
电动机驱动的焊机用于压缩空气不易得到的场合。
摇臂式焊机不论如何操作，随着臂伸长度的增加，焊接电流和电极压力都会降低。
摇臂式焊机由于上电极的运动轨迹是圆弧形的，因而不适宜作凸焊。
（二）直压式焊机
直压式焊机适用于点焊及凸焊。
这类焊机的上电极在有导向构件的控制下作直线运动。
电极压力由气缸或液压缸直接作用。
点焊机的臂伸长度是指电极中心线与机架平面之间的距离。
凸焊机的臂伸长度是指气缸中心线与机架平面之间的距离。
凸焊机的刚性要求高，故臂伸长度较小。
为了扩大使用范围，点焊机的臂伸长度一般较大。
（三）多点焊机
多点焊机是大批量生产中的专用设备，例如汽车生产线上针对具体冲压—焊接件而专门设计制造的。
多点焊机一般采用多个阻焊变压器及多把焊枪根据工作形状分布。
电极压力由安装在焊枪上的气缸或液压缸直接作用在电极上。
为了达到较小的焊点间距，焊枪外形和尺寸受到限制；有时需要采用液压缸才能满足要求。
三、缝焊机
缝焊机除电极及其驱动机构外，其他部分与点焊机基本相似。
缝焊机的电极驱动机构由电动机通过调速器和万向轴带动电极转动。
有三种普通类型的缝焊机：
（一）横向缝焊机
在焊接操作时形成的缝焊接头与焊机的电极臂相垂直的称横向缝焊机。
这种焊机用于焊接水平工件的长焊缝以及圆周环形焊缝。
（二）纵向缝焊机
在焊接操作时形成的缝焊接头与焊机的电极臂相平行的称纵向缝焊机。
这种焊机用于焊接水平工件的短焊缝以及圆筒形容器的纵向直缝。
（三）通用缝焊机
通用缝焊机是一种纵横两用缝焊机。
上电极可作90°旋转，而下电极臂和下电极有两套。
一套用于横向，另一套用于纵向，可根据需要进行互换。
缝焊机的传动机构可以是单由上电极或单由下电极作主动，或者上下电极均是主动。
但通用缝焊机都是上电极作主动。
大多数缝焊机的电极转动是连续性的，对于较厚工件或者铝合金工件缝焊时需采用间隙驱动（步进）施焊以保证焊核在冷却结晶时有充分的电极压力和施加锻压压力。
四、闪光对焊机
一台标准的闪光对焊机包括：
机架、静夹具、动夹具、闪光和顶锻机构、阻焊变压器和级数调节组以及配套的电气控制箱。
通常静夹具是固定安装在机架上并与机架在电气上绝缘。
大多数焊机中还有活动调节部件，以保证电极和工件焊接时对准中心线。
动夹具则安装在活动导轨上并与闪光和顶锻机构相连接。
夹具座由于承受很大的钳口夹紧力，通常都用铸件或焊接结构件。
两个夹具上的导电钳口分别与阻焊变压器的次级输出端相连。
钳口一方面夹持工件，另外要向工件传递焊接电流。
对焊机的阻焊变压器实质上和其他类型电阻焊机的阻焊变压器相同、阻焊变压器的初级线圈与级数调节组通过电磁接触器或由晶闸管组成的电子断续器和电网接通。
当采用电子断续器时，还可配合热量控制器以便为预热或焊后热处理提供较小的电功率。
五、电阻对焊机
电阻对焊机除了没有闪光过程外，其原理与闪光对焊机十分相似。
典型电阻对焊机包括一个容纳阻焊变压器及级数调节组的主机架、夹持工件并传递焊接电流的电极钳口和顶锻机构。
最简单的电阻对焊机是手工操作的。
自动电阻对焊机可以采用弹簧或气缸提供压力。
这样得到的压力稳定，适合焊接塑性范围很窄的有色金属。
六、电阻焊机的安装
（一）对电源要求
电阻焊设备对电源功率的需求取决于焊接方法和焊机的设计。
合适的电源是电阻焊机能达到预期生产率的先决条件之一。
工厂电网供电系统主要由电力变压器、馈电母线、装有分断开关和指示仪表的开关板以及从开关板至焊机的导线所组成。
电力变压器和馈电母线是否合适要由两个因素决定：
允许的电压降和允许的发热程度。
对于多数电阻焊设备而言，允许电压降是决定性因素，但也必须考虑发热因素。
对单台焊机，如只根据发热程度考虑时，确定电力变压器功率的大小是比较简单的。
因为一般阻焊变压器的额定功率是根据发热程度确定的。
电力变压器通常是100％工作制，而阻焊变压器的负载持续率为50％。
当只以发热为基础时，向一台给定的焊机供电的电力变压器的等效额定值等于该焊机阻焊变压器额定值（负载持续率为50％）的70．7％。
例如：
一台正常运行的150kV·A缝焊机所需的电力变压器的功率可为106kV·A。
如果由一台公用的电力变压器供电的焊机中有若干台同时工作，则必须研究各台焊机之间的工作分散性因数以及所有焊机的实际工作负载持续率。
电阻焊机一般都在低于其最大热容量情况下工作。
根据电压降来确定向一台电阻焊机供电的电力变压器功率大小时，首先要确定焊机规定的最大允许压降。
当同一台电力变压器向两台或多台焊机供电时，由一台焊机引起的电压降将会反映在第二台焊机的工作中。
因而，为保证焊接质量，不论向单台或多台焊机供电时，规定总电压降不超过5％是合适的。
最大时也不应超过10％。
电压降应在焊机所在处测量。
从开关板到焊机的导线总是愈短愈好，截面应满足额定电流值导通的规定。
并且应设计成低阻抗，以使线路中的电压降最小。
每台焊机都应通过单独的分断开关与馈电系统连接。
（二）安装
焊机应远离有激烈振动的设备，如大吨位冲床、空气压缩机等，以免引起控制设备工作失常。
气源压力要求稳定。
压缩空气的压力不得低于0．5MPa，必要时应在焊机近旁安置储气筒。
冷却水压力一般应不低于0．15MPa，进水温度不高于30℃。
要求水质纯净，以减少造成漏电或引起管路堵塞。
在有多台焊机工作的场地当水源压力太低或不稳定时，应设置专用冷却水循环系统。
在闪光对焊或点焊、缝焊有镀层的工件时，应有通风设备。
（三）排水
大多数电阻焊机都要水冷却。
对于排水，一般是经过集水管排出。
在点焊和缝焊时还可能采用浇水方式对电极和工件冷却。
冷却水由附加集水槽排出。
七、电阻焊机的调试
（一）通电前的检查
按照说明书对照检查连接线是否正确；测量各个带电部位对机身的绝缘电阻是否符合要求；检查机身的接地是否可靠；水和气是否畅通；测量电网电压是否与焊机铭牌数据相符。
（二）通电检查
确认安装无误的焊机，便可进行通电检查。
主要是检查控制设备各个按钮与开关操作是否正常。
然后进行不通焊接电流下的机械动作运行。
即拔出电压级数调节组的手柄或把控制设备上焊接电流通断开关放在断开的位置。
启动焊机，检查工作程序和加压过程。
（三）焊接参数的选择
使用与工件相同材料和厚度裁成的试件进行试焊。
试验时通过调节焊接规范参数（电极压力，次级空载电压、通电时间、热量调节、焊接速度、工件伸出长度、烧化量、顶锻量、烧化速度、顶锻速度、顶锻力等）以获得符合要求的焊接质量。
对一般工件的焊接，用试件焊接一定数量后，经目视检查应无过深的压痕、裂纹和过烧。
再经撕破试验检查焊核直径合格且均匀即可正式焊接几个工件。
经对产品的质量检验合格，焊机即可投入生产使用。
对航空和航天等要求严格的工件，当焊机安装、调试合格后，还应按照有关技术标准，焊接一定数量的试件经目测、金相分析、X射线检查、机械强度测量等试验，以评定焊机工作的可靠性。
八、电阻焊机的维护保养
（一）日常保养
这是保证焊机正常运行，延长使用期限的重要环节。
主要项目是：
保持焊机清洁；对电气部分要保持干燥；注意观察冷却水流通状况；检查电路各部位的接触和绝缘状况。
（二）定期维护检查
机械部位应定期加润滑油。
缝焊机还应在旋转导电部分定期加特制的润滑脂；检查活动部分的间隙；观察电极及电极握杠之间的配合是否正常，有无漏水；电磁气阀的工作是否可靠；水路和气路管道有否堵塞；电气接触处有否松动；控制设备中各个旋钮有否打滑，元件有否脱焊或损坏，
（三）性能参数检测
（1）焊接电流及通电时间的检测一台新的电阻焊机在装配好出厂前要通过规定项目的试验，包括空载试验和短路试验以确定阻焊变压器及整台焊机的性能是否符合出厂标准。
空载试验和短路试验要求有专门的试验设备才能进行。
在焊机的使用现场，可使用电阻焊大电流测量仪对次级短路电流（电极直接接触）或焊接电流（电极间有工件置入）及通电时间进行检测。
电阻焊电流测量仪是一种专用仪表，通过套在次级回路中的感应线圈（传感器）获取通电瞬间的电磁讯号，然后经过电路转换，以数字形式显示出电流值及时间值。
（2）次级回路直流电阻值的检测对特定的一台焊机来说，次级回路尺寸是固定的，因此感抗是不变的。
只有电阻值会因接触表面氧化膜的增厚紧固螺栓的松动等而增大。
次级回路电阻的增大将使焊机次级短路电流值（或焊接电流值）减小，降低了焊机的焊接能力。
所以，在长期使用后应对次级回路进行清理和检测。
次级回路直流电阻值的检测方法可采用微欧姆计进行直接测量，也可对次级回路外接直流电源，通过测定电流及电压降的方法换算成电阻值。
（3）测定压力对于一般气动焊机来说，压力是由气缸产生的。
因此接入气缸的压缩空气的压强与气缸压力是成比例的。
可建立电极压力与压缩空气压强的关系曲线，定期检测电极压力，并与之对照。
电极压力的检测方法有以下几种：
（1）采用U形弹簧钢制成的测力计，根据已知变形量与压力的关系曲线。
从百分表读数可得知压力值。
（2）采用钢球压痕的方法。
即取一直径适当的钢球和一块平整的钢板或铜板，先在材料试验机上测得压痕直径与压力的关系曲线，然后与在焊机上以同一钢球和同一钢板测得的压痕作对比而得到焊机的压力值。
（3）使用电阻应变片及相应的仪表组成的测力计直接测定。
（4）用专用的机械式测力计测定。
九、电阻焊安全技术
电阻焊的安全技术主要有预防触电、压伤（撞伤）、灼伤和空气污染等。
除了在技术措施方面作必要的安全考虑外，操作人员亦须了解安全常识，应事先对其进行必要的安全教育。
（一）防触电
电阻焊机二次电压甚低，不会产生触电危险。
但一次电压为高压，尤其是采用电容放电的一类，电压可高于千伏。
晶闸管一般均带水冷，水柱带电，故焊机必须可靠接地。
通常次级回路之一极均与机身相连而接地。
但有些多点焊机因工艺需要而二极不与机身相连，则应将一极串联1kΩ电阻后再接到机身。
因为二次浮起后将与一次之间的绝缘电阻造成分压而带对地约180V左右的电位。
在检修控制箱中的高压部分必须切断电源。
电容放电类焊机如采用高压电容，则应加装门开关，在开门后自动切断电源。
（二）防压伤（撞伤）
电阻焊机须固定一人操作，防止多人因配合不当而产生压伤事故。
脚踏开关必须有安全防护。
国外的对焊机上夹紧按钮带采用双钮式，操作人员必须双手同时各按一钮才夹紧，以杜绝夹手事件。
多点焊机则在其周围设置栅栏，操作人员在上料后必须退出，离设备一定距离或关上门后才能起动焊机，确保运动部件不致撞伤人员。
（三）防灼伤
电阻焊工作时常有喷溅产生，尤其是闪光对焊时，火花如礼花持续数秒至十多秒。
因此操作人员应穿防护服、戴防护镜，防止灼伤。
在闪光产生区周围宜用黄铜防护罩罩住，以减少火花外溅。
闪光时火花可飞高9～10m，故周围及上方均应无易燃物。
作者曾多次遇到吊车上的棉纱团因遇到火花溅入而引起火警。
（四）防污染
电阻焊焊接镀层板时，产生有毒的锌、铅烟尘，闪光对焊时有大量金属蒸汽产生，修磨电极时有金属尘，其中镉铜和铍钴铜电极中的镉与铍均有很大毒性，因此必须采用一定的通风措施。
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