摘要：采用電阻釬焊進行了1060鋁板與T2銅板的搭接試驗，通過設計復合電極頭和選用阻抗較大的工藝墊片實現熱補償的作用，可在較低電流水平下實現銅鋁異種材料的焊接。設定不同的焊接工藝參數，利用實時傳感技術實時采集電阻釬焊動態過程的溫度、電極電壓和電極電流信號，并以溫度為依據初步確定焊接工藝參數的范圍，然后通過計算和處理檢測信號得到動態電阻曲線。實驗結果表明：焊接電流、焊接時間的變化導致提供的焊接能量不同，電阻釬焊過程中出現不同的動態電阻變化，并形成不同的焊接接頭質量特征，從而為焊接接頭質量的非破壞性評估提供了可能。

　　關鍵詞：電阻釬焊;動態電阻;波形分析

　　0 前言

　　電阻焊中的動態電阻是指焊接區的電阻，能夠反映被焊材料在熱、力聯合作用下發生的內部特征變化，為間接評價焊點質量提供重要依據[1]。動態電阻曲線能較為真實地反映電流電壓的變化，可利用焊接過程中焊接區動態電阻的變化規律來跟蹤動態電阻曲線 [2]。電阻釬焊與電阻點焊原理類似，通過采集焊接過程中的物理信號，能夠反映電阻釬焊的物理信號變化。

　　馬躍洲等人[3]研制出以單片機為核心的電阻焊數據采集系統，并采集了低碳鋼板搭接點焊試驗中的電壓、電流等信號。實驗數據分析表明，接頭動態電阻與熔核形態密切相關，可用于電阻點焊接頭質量的在線監控。劉勇等[4]利用自行改制的數控交流電阻焊機，采用ZnAl薄帶釬料，對鋁合金和紫銅進行電阻釬焊工藝試驗，在焊接電流為9 kA、熔融釬料溫度在450～520 ℃時，接頭抗剪切強度最佳，但電流過大對焊機的高負荷運行存在安全隱患。張禹等人[5]采用電阻點焊對6061-T6鋁合金/H70黃銅異種材料熱補償電阻點焊工藝進行研究，對比了兩種搭接形式下點焊接頭的力學性能差異，結果表明，采用熱補償電阻點焊的工藝方法可在較低焊接電流下實現鋁/黃銅異種材料的焊接。

　　文中擬通過采集焊接過程的電信號，經過數據處理分析動態電阻的變化，間接有效地監控整個焊接過程，這對確定電阻釬焊焊接工藝參數、控制焊接接頭質量具有指導意義。

　　1 試驗方法及設備

　　試驗用鋁質母材為1060工業純鋁板，尺寸為60 mm×25 mm×8 mm，化學成分如表1所示;銅板母材為T2紫銅板，尺寸為60 mm×25 mm×2 mm，化學成分如表2所示。電阻釬焊試樣如圖1所示。

　　試驗用釬料為鋅鋁(Zn98Al2)合金釬料，其熔點為420 ℃，具有良好的漫流性及耐腐蝕性，在合適的焊接工藝參數條件下易均勻地填滿接頭間隙。針對點狀電極頭在焊接過程中難以均勻傳遞溫度和熱量的問題，選用KDWJ-17型電阻點焊機，在對多功能電阻焊機結構進行完善和改進時，采用一種新型復合式電極頭，即在原有點狀電極頭的基礎上增加了平板狀鈦板結構，尺寸45 mm×45 mm，如圖2所示。相比于點狀電極頭與工件表面的點狀接觸，平板狀的鈦板能增大與焊件的平整接觸面積，改善溫度和熱量在工件表面上的分布。

　　焊接過程信號實時檢測系統如圖3所示。采用實時傳感技術檢測焊接過程中流經電阻點焊機次級回路的電極電壓與焊接電流信號，其中焊接電流通過Rogowsk線圈傳感。通過在Cu塊中心位置鉆孔插入K型熱電偶測得焊接過程中的溫度曲線，通過對所采集信號的計算分析得到電阻釬焊過程動態電阻的變化。

　　2 試驗結果及分析

　　2.1 焊接過程溫度曲線

　　釬料發揮作用的溫度區間高于釬料熔點20～50 ℃。銅鋁金屬阻抗較低，為了達到界面釬料熔化的熔點，在較小電流參數下需選用阻抗較高的工藝墊片來產熱。由于銅鋁金屬熱導率不同，電阻釬焊過程中銅鋁母材和釬料接觸面上溫度不同，需要選用熱導率較大的焊接工藝墊片調整母材表面的溫度。

　　焊接過程溫升曲線提取如圖4所示，分別設定焊接電流為5.5 kA、6 kA、6.5 kA。在未加焊接工藝墊片的情況下(見圖4a)，當焊接電流超過6.5 kA時，溫度超過600 ℃導致鋁母材出現熔蝕，釬焊實驗不能正常完成。在鋁側加上301L工藝墊片的條件下(見圖4b)，溫度維持得更長，即維持釬料有效溫度區間時間逐漸變長，相當于保溫過程中溫度在小范圍內波動可達到釬料發揮作用的溫度區間。

　　2.2 動態電阻曲線

　　由于實驗中使用的焊接電源為單相交流電源，電極電壓信號和焊接電流信號有明顯的交變特征。焊接電流與電極電壓波形如圖5所示。由于電極電壓和焊接電流具有周期性脈沖特征，且電極電壓和焊接電流信號同相位，截取焊接階段的數據用峰值法即用焊接電流峰值時刻的電極間電壓U除以焊接電流I，可以消除電路互感帶來的影響。焊接過程中電阻釬焊動態電阻的變化如圖6所示，可表示為：

　　R(t)= U(t)/I(t)

　　由圖6可知，銅鋁電阻釬焊過程中的動態電阻曲線呈單調遞減特征，可分為兩個階段：快速下降階段(Ⅰ)和緩慢下降階段(Ⅱ)。在焊接階段初期，焊接區溫度較低，工件—釬料—工件、工件—電極的有效接觸面積較小，接觸電阻大，此時焊接區母材、釬料金屬處于固相加熱狀態。隨著通電時間的增加，焊接區溫度提高，釬料軟化，接頭導電面積增大，因此動態電阻迅速下降，這一階段即為快速下降階段(Ⅰ)，持續時間約為2 s。之后電阻曲線進入緩慢下降階段(Ⅱ)，焊接區釬料金屬逐漸熔化，界面接觸電阻很小甚至已經消失;另外，此階段溫度變化較緩，故因溫度引起的電阻率變化對動態電阻影響不大，因此這一階段的動態電阻緩慢下降。

　　2.3 焊接工藝參數對電阻釬焊過程的影響

　　預熱階段和緩冷階段電流參數固定，只有焊接階段的參數發生變化，忽略其他兩個階段通電造成的影響，集中分析焊接階段不同參數對動態電阻的影響規律。

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