和大多數工程金屬材料一樣,中頻逆變精密點焊機焊接所使用的板材已非最初的鑄造結構。通過冷/熱加工改性,如軋制和熱處理,金屬板材的結構與冶煉后的凝固結構有很大區別。在材料改性的過程中,可以通過冷加工、回火或再結晶來細化晶粒,而結構的均勻化則可通過固溶退火或淬火再回火得以實現。然而,這樣的加工過程很難在焊接中實現,尤其是在電阻焊中,因為熔化和凝固均在極短的時間內發生在兩塊板材之間。通過調整焊接參數,如改變斷電后電極的夾持時間和后加熱時間,可在一定程度上改變焊件的微觀結構。但由于焊接過程中焊接部位的陡峭的溫度梯度、極高的冷卻速度,以及非常短的操作時間,上述的處理過程與可控的基材熱處理工藝沒有可比性。

　　因此,精密點焊機焊出來的焊點在微觀結構和材料性質方面通常不如基材。焊接中,液態焊核的凝固過程與金屬鑄造過程類似,也包括兩個階段:固相成核及隨后的晶體生長。它的結晶過程是通過基材和電極的熱傳導來控制的。除了基材的合金成分,散熱方向和冷卻速度也決定著結晶的類型、大小和所形成的晶體的取向。在液態焊核的凝固過程中,析出晶體的合金成分與原合金成分相比會發生變化。對一個液態焊核來說,切斷電流以后,它經歷了一個非常快的冷卻過程。它阻礙了各種元素在已經成核的固體和殘余液體中及在它們之間的擴散。這種效應及多數元素在固態和液態下溶解度的差異,通過微觀偏析的過程,產生了一些元素分布上的尖銳梯度。晶體核心層與外層之間的成分差異隨著相圖中液相線和固相線之間距離的增加而變大,隨著凝固時的擴散速度及凝固時間的增加而變小。除了在晶體尺度范圍發生的微觀偏析,凝固過程中固-液相界面的推進也會導致剩余的合金元素熔化物的濃度富集。主要在焊核的中心附近會有一些合金元素形成熔融溫度較低的共晶體,在焊核溫度冷卻至低于其基材的合金固相線但高于共晶的熔融溫度后,它們仍處于液態,如鋁合金中的A-Cu、A|-Mg和 al-mg-si共晶體,以及某些化合物如鋼材中的硫和磷的共晶體。由于固相和液相的溶解度不同,冷卻過程中各種合金元素由固體向液體轉移,導致了合金元素的分布不均勻。在合金元素濃度比較高的地方,如晶界,這樣的高濃度有效地降低了液態化合物的凝固溫度,使得這部分液體成為最后凝固的部分。固體晶粒之間的液態金屬沒有機械強度,因此這種結構可能會在兩種情況下被撕開,一種是當它受到外部拉伸載荷時,另一種是在熱應力的作用下。后一種的過程與熔焊中熱應力導致的裂紋相似。如果采用合適的電極和焊接工藝參數,冷卻過程中電極的壓力可以有效地防止拉伸應力的產生。因此,上述晶粒裂化現象在電阻焊中并不常見焊核凝固以后,可能會發生固體相變,使得焊點的顯微組織形態發生變化,結果可能與剛凝固的結構完全不同。例如,焊接某些鋼材時有可能發生馬氏體相變,從而產生比液體凝固時形成的奧氏體更復雜的結構。

　　各種晶體(樹突、球狀、蜂窩晶體)的形成,是由液固界面處的金屬成分和熱傳導控制的。當液態焊核溫度達到合金液相溫度時凝固便開始了,此時液體內會產生凈熱損失,即液體的散熱量大于被其吸收的熱量。在焊接過程中,水冷下的電極起到類似于一個大型散熱器的作用。同時,一部分熱量通過液態焊核周邊的基材金屬散發掉。對焊接材料的冶金和熱力學性質及鑄造過程的了解有助于對焊接中焊點的凝固過程的理解。點焊焊核的凝固始于焊核內靠近熱影響區( heat-affected zone,HAZ)的部分熔化或“糊狀”區域內的固體晶粒。進一步冷卻使柱狀晶粒長大,其長大的方向大致垂直于熔融線,同時固-液界面向焊核中心移動。當液體體積隨著凝固的持續進行而逐漸變小時,焊核中心部分的剩余熔融金屬最后凝固并形成等軸晶粒。在此過程中如果產生收縮裂紋或孔洞,則常分布于最后凝固的焊核中心部位。焊核的最終凝固結構很大程度上取決于焊接工藝流程和其他相關條件的影響。圖1.1顯示了一個相變誘發塑性( transformation induced plasticity,TRIP)鋼的焊點。這個認真制造出來的焊點清晰而明確地顯示了HAZ的結構和焊核內的柱狀結構圖1.1一個780 Mpa TRIP鋼的焊點。

　　圖中的等距白點是在顯微硬度試驗中形成的壓痕。最后凝固的液體通常靠近板材的原始接合面,此時的體積不足容易造成裂紋或孔洞。一般來說,凝固過程中液態金屬的體積不足是因施加在焊件上的電極壓力不足、熔融金屬的量不足,以及過快的冷卻速度造成的。大的電極壓力可有效彌補焊件在冷卻過程中的體積收縮,從而抑制孔洞或裂紋的形成。由較低的焊接電流和或較短的焊接時間引起的加熱不足,可能導致較小的熔融金屬體積和比較高的冷卻速度。在這種情況下,如果施加的電極壓力不足,則容易形成孔洞和裂紋。這一點可以清楚地從圖看出。一個焊點呈現了沿板材原始界面的開裂,并從它的斷裂面上可以清晰地看到由于自由凝固而產生的宏觀收縮孔洞。沿著這個由最后凝固的液體形成的大孔洞的周圍,可以觀察到它的表面有冷卻(凝固)過程中形成的且在樣品制備過程中完好無損的枝狀晶體。由液態金屬體積缺乏導致的孔洞邊界附近的開口可能是由機械力產生的。中的白框顯示了富含鋅的枝晶,其中的鋅可能來自鍍鋅雙相鋼板的鍍層,這也是焊核熔化不充分的證據。

　　當精密點焊電極冷卻受阻,如因電極偏差或電極磨損導致電極與工件實際接觸面積變小時部分熱量會通過金屬板傳導出去。因此,最后部分的液態的凝固發生在沿著厚度方向的焊核的中心。由于這部分液體的體積較小,還經常伴有體積缺失,所以在焊核中心附近沿著電極軸線常會形成裂紋和空隙。由于這些處于焊核中心的缺陷遠離靠近原始板材交界面的HAZ,它們對焊點強度的影響會很小。不過,這類裂紋常以分叉的方式從焊核中心擴展至焊核邊緣。

　　蘇州威爾達焊接設備有限公司專注于精密電阻焊接工藝的研究，精密點焊設備的研發，包括精密點焊機，逆變點焊機，逆變焊接電源，晶體管焊接電源，電池點焊機，焊接測試儀器等等。詳情請參考官方網站：www.wanduobang.cn(精密點焊機廠家)