電極壓力

電極壓力是電阻點焊的主要規範參數之一，對焊點質量影響較大。當電極壓力過小時，接觸電阻增大，電流密度過大，加熱速度過快，從而產生噴濺；當電極壓力過大時，焊接區接觸面積增加，接觸電阻減小，產生的電阻熱減小，將造成未熔合、脱焊等缺陷。而在熔核冷卻結晶時，合適的壓力可以防止縮孔及裂紋等缺陷的產生。因此在線監測動態電極壓力對保證點焊質量具有重要意義。

電阻點焊過程中電極壓力的測量主要採用兩種傳感器，即應變片壓力傳感器和壓電壓力傳感器。採用全橋應變片測量點焊過程上極臂的變形，用於監測點焊的飛濺缺陷 ^[1]  。

電阻點焊時，通過電極施加在焊件上的壓力，叫電極壓力。隨着電極壓力的增大，接觸電阻和電流密度減小，導致焊件加熱不足，焊點的熔核直徑減小，焊點強度下降。當電極壓力相當大時，甚至不能形成焊點熔核。因此，在一定焊接電流和通電時間下，應有一個適當的電極壓力值，才能保證焊點質量。

電極壓力的大小可根據下列因素選定：

1、焊件的材質材料的高温強度越高，所需的電極壓力越大。因此，焊接不鏽鋼和耐熱鋼時，應選用比焊接低碳鋼來得大的電極壓力。

2、焊接參數焊接規範越硬，電極壓力越大 ^[2]  。

電阻應變式傳感器是基於應力應變效應實現壓力測量的。將電阻應變片粘貼在被測部件上，當被測部件受外力變形時，電阻絲的電阻值也相應發生變化。

採用應變式壓力傳感器，傳感器安裝在下電極與下電極握杆之間，靠近被焊工件，能有效地降低運動過程中受力不平衡帶來的影響，保證測量的準確性。為了保證焊接過程中電流與冷卻水的正常通過，傳感器主體（彈性體）採用銅材並加工成中空方式；為使傳感器具有通用性，傳感器的上下錐面分別按照標準電極和標準電極握杆設計。設計利用扳手或楔鐵插入柱面的兩種拆卸方式，可實現快速拆卸；保護罩採用順磁性的鋁材，可防止其在強磁場下產生振動，配合O型密封圈可實現有效的機械保護和防水保護 ^[3]  。

電阻點焊焊接電流大，安裝在焊接電路中的傳感器不可避免會遇到強磁干擾問題。普通應變片在強磁場作用下會發生磁阻效應，測量精度和可靠性難以保證。選用抗磁應變片可實現傳感器的磁補償功能。抗磁應變片採用特殊的完全重合雙層敏感柵的結構設計，將上下兩個敏感柵串聯，使通過兩個敏感柵的電流方向相反，形成對磁場干擾的抵消作用。

針對環境温度變化帶來的測量誤差問題，採用線路補償法實現傳感器的温度補償功能。電橋補償是最常用的且效果較好的線路補償法。

未採取抗干擾措施時，測得的壓力信號和焊接電流信號波形，壓力信號存在較大的干擾，其最大峯峯值已超過1000 mV，這必將影響壓力的檢測精度；比較圖中兩信號，壓力信號的變化規律與焊接電流信號完全相同，説明壓力信號的干擾是由通電焊接時電流產生的強磁場引起的。

採取上述的抗干擾措施後，測得的壓力信號和焊接電流信號波形。儘管壓力信號仍然存在干擾，但其最大峯值已減小為500mV。後續採樣時，再採取適當的軟件數字平滑措施，即可實現壓力的精確測量。

由測量電橋獲得的電極壓力信號，在進入數據採集卡之前應先通過調理電路將其轉換成符合採集卡量程要求的電壓、電流信號。電極壓力信號調理電路由電源電路、高阻抗差分放大電路、濾波電路、調零電路、電壓跟隨電路、抗混疊濾波電路等組成 ^[2]  。

電極壓力的測試採用微機控制的DN-200-4交流工頻點焊機，它可實現具有恆定壓力的簡單點焊循環。測試時，使用數字存儲示波器記錄經採樣調理電路處理後的壓力信號。

焊機空程運行時測得的不同壓力的信號波形。隨焊接壓力的增大，所測壓力信號也增大。焊機在開始加壓時有一個衝擊力的存在，説明焊機加壓系統的減震不好。此外，隨焊接壓力的增大，壓力從開始施加到穩定所需時間也隨之延長。

上述結果反映了測試焊機儲氣能力不足，且氣源較遠，不能及時補充高壓氣體的實際情況。使用該焊機進行焊接時，應使預壓階段時間大於壓力穩定所需時間，這樣才能保證在通電焊接階段壓力穩定，確保焊接質量。

預壓時間800 ms，焊接壓力6.9 kN，焊接時間300 ms，焊接電流10 000 A，維持時間200 ms，進行短路焊接測試所得的壓力信號。由於上電極下降階段，上、下電極並沒有接觸。

採取測量應變片和補償應變片引出線產生的感應電動勢相互抵消的措施後，壓力信號上疊加的干擾信號較小，説明採取的措施降低了通電焊接電流產生的強磁場對壓力信號的影響，設計的傳感器及其採樣調理電路可以保證壓力信號的在線測量 ^[1]  。

（1）以銅材加工的中空方式作為傳感器彈性體，採用標準化錐面設計，將其安裝在下電極與下電極握杆之間，能有效降低加壓機構運動過程中受力不平衡帶來的影響，實時感知焊接壓力的變化，且安裝方便，無需改動設備。

（2）利用磁補償以及測試應變片和道車輛用不鏽鋼焊接接頭的設計要求。

（3）不鏽鋼搭接等離子-MAG複合焊接頭拉剪破斷起始於角焊縫根部，沿着接頭鄰近薄板熔合線的焊縫一側呈韌性斷裂；拉剪疲勞裂紋萌生於焊趾應力集中處，沿着板材厚度方向擴展直至斷裂 ^[2]  。