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电极压力

电阻焊时通过电极施加在工件上的压力

电极压力是指电阻焊时，通过电极施加在工件上的压力。是电阻点焊的主要规范参数之一，对焊点质量影响较大。当电极压力过小时，接触电阻增大，电流密度过大，加热速度过快，从而产生喷溅；当电极压力过大时，焊接区接触面积增加，接触电阻减小，产生的电阻热减小，将造成未熔合、脱焊等缺陷。而在熔核冷却结晶时，合适的压力可以防止缩孔及裂纹等缺陷的产生。因此在线监测动态电极压力对保证点焊质量具有重要意义。

重要意义
电极压力是电阻点焊的主要规范参数之一，对焊点质量影响较大。当电极压力过小时，接触电阻增大，电流密度过大，加热速度过快，从而产生喷溅；当电极压力过大时，焊接区接触面积增加，接触电阻减小，产生的电阻热减小，将造成未熔合、脱焊等缺陷。而在熔核冷却结晶时，合适的压力可以防止缩孔及裂纹等缺陷的产生。因此在线监测动态电极压力对保证点焊质量具有重要意义。
电阻点焊过程中电极压力的测量主要采用两种传感器，即应变片压力传感器和压电压力传感器。采用全桥应变片测量点焊过程上极臂的变形，用于监测点焊的飞溅缺陷。
选择原则
电阻点焊时，通过电极施加在焊件上的压力，叫电极压力。随着电极压力的增大，接触电阻和电流密度减小，导致焊件加热不足，焊点的熔核直径减小，焊点强度下降。当电极压力相当大时，甚至不能形成焊点熔核。因此，在一定焊接电流和通电时间下，应有一个适当的电极压力值，才能保证焊点质量。
电极压力的大小可根据下列因素选定：
1、焊件的材质材料的高温强度越高，所需的电极压力越大。因此，焊接不锈钢和耐热钢时，应选用比焊接低碳钢来得大的电极压力。
2、焊接参数焊接规范越硬，电极压力越大。
压力测量原理
电阻应变式传感器是基于应力应变效应实现压力测量的。将电阻应变片粘贴在被测部件上，当被测部件受外力变形时，电阻丝的电阻值也相应发生变化。
传感器设计
采用应变式压力传感器，传感器安装在下电极与下电极握杆之间，靠近被焊工件，能有效地降低运动过程中受力不平衡带来的影响，保证测量的准确性。为了保证焊接过程中电流与冷却水的正常通过，传感器主体（弹性体）采用铜材并加工成中空方式；为使传感器具有通用性，传感器的上下锥面分别按照标准电极和标准电极握杆设计。设计利用扳手或楔铁插入柱面的两种拆卸方式，可实现快速拆卸；保护罩采用顺磁性的铝材，可防止其在强磁场下产生振动，配合O型密封圈可实现有效的机械保护和防水保护。
采取措施
传感器补偿措施
电阻点焊焊接电流大，安装在焊接电路中的传感器不可避免会遇到强磁干扰问题。普通应变片在强磁场作用下会发生磁阻效应，测量精度和可靠性难以保证。选用抗磁应变片可实现传感器的磁补偿功能。抗磁应变片采用特殊的完全重合双层敏感栅的结构设计，将上下两个敏感栅串联，使通过两个敏感栅的电流方向相反，形成对磁场干扰的抵消作用。
针对环境温度变化带来的测量误差问题，采用线路补偿法实现传感器的温度补偿功能。电桥补偿是最常用的且效果较好的线路补偿法。
传感器抗干扰措施
未采取抗干扰措施时，测得的压力信号和焊接电流信号波形，压力信号存在较大的干扰，其最大峰峰值已超过1000 mV，这必将影响压力的检测精度；比较图中两信号，压力信号的变化规律与焊接电流信号完全相同，说明压力信号的干扰是由通电焊接时电流产生的强磁场引起的。
采取上述的抗干扰措施后，测得的压力信号和焊接电流信号波形。尽管压力信号仍然存在干扰，但其最大峰值已减小为500mV。后续采样时，再采取适当的软件数字平滑措施，即可实现压力的精确测量。
采样调理电路
由测量电桥获得的电极压力信号，在进入数据采集卡之前应先通过调理电路将其转换成符合采集卡量程要求的电压、电流信号。电极压力信号调理电路由电源电路、高阻抗差分放大电路、滤波电路、调零电路、电压跟随电路、抗混叠滤波电路等组成。
信号测试
电极压力的测试采用微机控制的DN-200-4交流工频点焊机，它可实现具有恒定压力的简单点焊循环。测试时，使用数字存储示波器记录经采样调理电路处理后的压力信号。
焊机空程运行时测得的不同压力的信号波形。随焊接压力的增大，所测压力信号也增大。焊机在开始加压时有一个冲击力的存在，说明焊机加压系统的减震不好。此外，随焊接压力的增大，压力从开始施加到稳定所需时间也随之延长。
上述结果反映了测试焊机储气能力不足，且气源较远，不能及时补充高压气体的实际情况。使用该焊机进行焊接时，应使预压阶段时间大于压力稳定所需时间，这样才能保证在通电焊接阶段压力稳定，确保焊接质量。
预压时间800 ms，焊接压力6.9 kN，焊接时间300 ms，焊接电流10 000 A，维持时间200 ms，进行短路焊接测试所得的压力信号。由于上电极下降阶段，上、下电极并没有接触。
采取测量应变片和补偿应变片引出线产生的感应电动势相互抵消的措施后，压力信号上叠加的干扰信号较小，说明采取的措施降低了通电焊接电流产生的强磁场对压力信号的影响，设计的传感器及其采样调理电路可以保证压力信号的在线测量。
总结
（1）以铜材加工的中空方式作为传感器弹性体，采用标准化锥面设计，将其安装在下电极与下电极握杆之间，能有效降低加压机构运动过程中受力不平衡带来的影响，实时感知焊接压力的变化，且安装方便，无需改动设备。
（2）利用磁补偿以及测试应变片和道车辆用不锈钢焊接接头的设计要求。
（3）不锈钢搭接等离子-MAG复合焊接头拉剪破断起始于角焊缝根部，沿着接头邻近薄板熔合线的焊缝一侧呈韧性断裂；拉剪疲劳裂纹萌生于焊趾应力集中处，沿着板材厚度方向扩展直至断裂。
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