直流高频电阻焊基本原理介绍高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所；接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（E；质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等；所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，；电流；集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时；分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中；方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比；钢板的表面；
高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。
1高频焊接的基本原理
所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，
集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。
2 高频焊接设备的结构和工作原理
了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，
排除钢板表面的氧化层和杂质，使钢板完全熔合成一体。高频发生器过去的焊管机组上使用高频发生器是三回路的：高频发电机组；固体变频器；电子高频振荡器，后来基本上都改进为单回路的了。调节高频振荡器输出功率的方法有多种，如自耦变压器，电抗法，晶闸管法等。
馈电装置这是为了向管子传送高频电流用的，包括电极触头，感应圈和阻抗器。接触焊中一般采用耐磨的铜钨合金的电极触头，感应焊中采用的是紫铜制的感应圈。阻抗器的主要元件是磁心，它的作用是增加管子表面的感抗，以减少无效电流，提高焊接速度。阻抗器的磁心采用铁氧体，要求它的居里点温度不低于310°，居里点温度是磁心的重要指标，居里点温度越高，就能靠得离焊缝越近，靠得越近，焊接效率也越高。
近年来，世界上一些大公司开始采用了固态模块式结构，大大提高了焊接可靠性，保证了焊接质量。如EFD公司设计的WELDAC G2 800高频焊机由以下部分组成：整流及控制单元（CRU），逆变器，匹配及补偿单元（IMC），CRU与IMC间的直流电缆，IMC到线圈或接触组件。
机器的两个主要部分是CRU及IMC。CRU包括一个带有主隔绝开关及一个全桥二极管整流器的整流部分（它把交流电转换为直流电），一个带有控制装置及外部控制设备界面的控制器。IMC包括逆变器模块，一个匹配变压器以及一个用于为感应线圈提供必需的无功功率的电容组。主供电电压（3相480V），通过主隔绝开关被送到主整流器
中。在主整流器中，主电压被转换为640V的直流电并且通过母线与主直流线缆相连接。直流电通过由数个并联电缆组成的直流电输送线被送到IMC。DC线缆在IMC单元母线上终止。逆变部分的逆变器模块通过高速直流保险同DC母线以并联方式连接在一起。DC电容也与DC 母线连接在一起。
每个逆变器模块构成一个全桥IGBT三极管逆变器。三极管的驱动电路则在逆变器模块内的一个印刷电路板上。直流电由逆变器变为高频交流电。根据具体的负载，交流电的频率范围在100-150KH范围之间。为根据负载对逆变器进行调整，所有逆变器都以并联方式同匹配变压器连接。变压器有数个并联的主绕组，及一个副绕组。变压器的匝数比是固定的。
输出电容由数个并联电容模块组成。电容器以串联方式同感应线圈相连接，因此输出电路也是串联补偿的。电容器的作用是根据感应线圈对无功功率的要求进行补偿，及通过此补偿来使输出电路的共振频率达到所要求的数值。
频率控制系统被设计用来使三极管始终工作在系统的共振频率上。共振频率通过测量输出电流的频率确定。此频率随即被用来作为开通三极管的时基信号。三极管驱动卡向每个逆变器模块上的每个三极管发送信号来控制三极管何时开通，何时关断。
感应加热系统的输出功率控制是通过控制逆变器的输出电流来控制的。上述控制是通过一个用来控制三极管驱动器的功率控制卡完
成的。
输出功率参考值由IMC操纵面板上的功率参考电位计给出，或者由外部控制面板输出给控制系统。此数值被传送给系统控制器后，将与由整流单元测量系统测量出的DC功率数值相比较。控制器包括一个限定功能，它可以根据参考功率值与DC功率测量值的比较结果计算出一个新的输出电流设定值。控制器计算出来的输出功率设定值被送到功率控制卡，此控制卡将根据新的设定值来限定输出电流。
报警系统根据IMC中报警卡的输入信号及IMC，CRU中的各类监视设备发出的信号来工作。报警将显示在工作台上。
控制及整流器单元（CRU）
逆变器，匹配及补偿单元 (IMC)
直流线缆输出功率总线，线圈及接触头连接
冷却系统安装在一个自支撑钢框架内，所有部件联结成为一个完整的单元。系统包括：带有电机的循环泵，热交换器（水/水），补偿容器，输出过程端（次输出）压力表，主进水口温度控制阀门，控制阀以及电气柜。主进水口端的热交换器使用未处理的支流水作为冷却用水，次端的热交换器则使用净化后的中性饮用水作为冷却水。未处理的水由恒温阀门控制，它用来测量次输出端的温度。钢框架可以用螺栓固定在门上。
3高频焊接质量控制的要点影响高频焊接质量的因素很多，而
且这些因素在同一个系统内互相作用，一个因素变了，其它的因素也会随着它的改变而改变。所以，在高频调节时，光是注意到频率，电流或者挤压量等局部的调节是不够的，这种调整必须根据整个成型系统的具体条件，从与高频焊接有关联的所有方面来调整。
影响高频焊接的主要因素有以下八个方面：
1、频率
高频焊接时的频率对焊接有极大的影响，因为高频频率影响到电流在钢板内部的分布性。选用频率的高低对于焊接的影响主要是焊缝热影响区的大小。从焊接效率来说，应尽可能采用较高的频率。100KHz 的高频电流可穿透铁素体钢0.1mm, 400KHz则只能穿透0.04mm,即在钢板表面的电流密度分布,后者比前者要高近2.5倍。在生产实践中,焊接普碳钢材料时一般可选取350KHz~450KHz的频率；焊接合金钢材料，焊接10mm以上的厚钢板时，可采用50KHz~150KHz那样较低的频率，因为合金钢内所含的铬，锌，铜，铝等元素的集肤效应与钢有一定差别。国外高频设备生产厂家现在已经大多采用了固态高频的新技术，它在设定了一个频率范围后，会在焊接时根据材料厚度，机组速度等情况自动跟踪调节频率。
2、会合角
会合角是钢管两边部进入挤压点时的夹角。由于邻近效应的作用，当高频电流通过钢板边缘时，钢板边缘会形成预热段和熔融段（也称为过梁），这过梁段被剧烈加热时，其内部的钢水被迅速汽化并爆破
喷溅出来，形成闪光，会合角的大小对于熔融段有直接的影响。
会合角小时邻近效应显著，有利提高焊接速度，但会合角过小时，预热段和熔融段变长，而熔融段变长的结果，使得闪光过程不稳定，过梁爆坡后容易形成深坑和针孔，难以压合。
会合角过大时，熔融段变短，闪光稳定，但是邻近效应减弱，焊接效率明显下降，功率消耗增加。同时在成型薄壁钢管时，会合角太大会使管的边缘拉长，产生波浪形折皱。现时生产中我们一般在2°--6°内调节会合角,生产薄板时速度较快，挤压成型时要用较小的会合角；生产厚板时车速较慢，挤压成型时要用较大的会合角。有厂家提出一个经验公式：会合角×机组速度≮100，可供参考。
3、焊接方式
高频焊接有两种方式：接触焊和感应焊。
接触焊是以一对铜电极与被焊接的钢管两边部相接触，感应电流穿透性好，高频电流的两个效应因铜电极与钢板直接接触而得到最大利用，所以接触焊的焊接效率较高而功率消耗较低，在高速低精度管材生产中得到广泛应用，在生产特别厚的钢管时一般也都需要采用接触焊。但是接触焊时有两个缺点：一是铜电极与钢板接触，磨损很快；二是由于钢板表面平整度和边缘直线度的影响，接触焊的电流稳定性较差，焊缝内外毛刺较高，在焊接高精度和薄壁管时一般不采用。
感应焊是以一匝或多匝的感应圈套在被焊的钢管外，多匝的效果好于单匝，但是多匝感应圈制作安装较为困难。感应圈与钢管表面间
距小时效率较高，但容易造成感应圈与管材之间的放电，一般要保持感应圈离钢管表面有5~8 mm的空隙为宜。采用感应焊时，由于感应圈不与钢板接触，所以不存在磨损，其感应电流较为稳定，保证了焊接时的稳定性，焊接时钢管的表面质量好，焊缝平整，在生产如API 等高精度管子时，基本上都采用感应焊的形式。
4、输入功率
高频焊接时的输入功率控制很重要。功率太小时管坯坡口加热不足，达不到焊接温度，会造成虚焊，脱焊，夹焊等未焊合缺陷；功率过大时，则影响到焊接稳定性，管坯坡口面加热温度大大高于焊接所需的温度，造成严重喷溅，针孔，夹渣等缺陷，这种缺陷称为过烧性缺陷。高频焊接时的输入功率要根据管壁厚度和成型速度来调整确定，不同成型方式，不同的机组设备，不同的材料钢级，都需要我们从生产第一线去总结，编制适合自己机组设备的高频工艺。
5、管坯坡口
管坯的坡口即断面形状，一般的厂家在纵剪后直接进入高频焊接，其坡口都是呈“I”形。当焊接材料厚度大于8~10mm以上的管材时，如果采用这种“I”形坡口，因为弯曲圆弧的关系，就需要融熔掉管坯先接触的内边层，形成很高的内毛刺，而且容易造成板材中心层和外层加热不足，影响到高频焊缝的焊接强度。所以在生产厚壁管时，管坯最好经过刨边或铣边处理，使坡口呈“X”形，实践证明，这种坡口对于均匀加热从而保障焊缝质量有很大关系。
坡口形状的选取，也影响到调节会合角的大小。
焊接接头口设计在焊接工程中设计中是较薄弱的环节，主要是许多钢结构件的结法治坡口设计不是出自焊接工程技术人员之手，硬性套标准和工艺性能较差的坡口屡见不鲜。坡口形式对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要作用。坡口设计必须考母材的熔合比，施焊空间，焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值ΔB。
ΔB=5.1Aω/t+1.27d；式中Aω——焊缝横截面积，mm?,t——板厚，m；?6、焊接速度；焊管机组的成型速度受到高频焊接速度的制约，一般来；焊接速度影响焊接质量；国内机组操作经验显示，2~3mm 的钢管焊接速度可；?7、阻抗器；阻抗器的作用是加强高频电流的集肤效应和相邻效应，；阻抗器的设置要与管径相匹配，以保证相应的磁通量；阻抗器与焊接点的位置距离也
________________________________________
ΔB=5.1Aω/t+1.27d
式中Aω——焊缝横截面积，mm? ,t——板厚，mm，d——焊缝根部间隙，mm。找出ΔB与Aω的关系后，即可根据两者关系列表分析，处理数据，进行优化设计，最后确定矩形管对接焊缝破口形式（图2）。
6、焊接速度
焊管机组的成型速度受到高频焊接速度的制约，一般来说，机组速度可以开得较快，达到100米/每秒，世界上已有机组速度甚至于达到400米/每秒，而高频焊接特别是感应焊只能在60米/每秒以下，超过10mm的钢板成型，国内机组生产的成型速度实际上只能达到
8~12米/每秒。
焊接速度影响焊接质量。焊接速度提高时，有利于缩短热影响区，有利于从熔融坡口挤出氧化层；反之，当焊接速度很低时，热影响区变宽，会产生较大的焊接毛刺，氧化层增厚，焊缝质量变差。当然，焊接速度受输出功率的限制，不可能提得很高。
国内机组操作经验显示，2~3 mm的钢管焊接速度可达到40米/秒，4~6mm的钢管焊接速度可达到25米/秒，6~8 mm的钢管焊接速度可达到12米/秒，10~16 mm的钢管焊接速度在12米/秒以下。接触焊时速度可高些，感应焊时要低些。
? 7、阻抗器
阻抗器的作用是加强高频电流的集肤效应和相邻效应，阻抗器一般采用M-XO/N-XO类铁氧化体制造，通常做成Φ10mm×(120--160)mm 规格的磁棒，捆装于耐热，绝缘的外壳里，内部通以水冷却。
阻抗器的设置要与管径相匹配，以保证相应的磁通量。要保证阻抗器的磁导率，除了阻抗器的材料要求以外，同时要保证阻抗器的截面积与管径的截面积之比要足够的大。在生产API管等高等级管子时，都要求去除内毛刺，阻抗器只能安放在内毛刺刀体内，阻抗器的截面
积相应会小很多，这时采取磁棒的集中扇面布置的效果要好于环形布置。
阻抗器与焊接点的位置距离也影响焊接效率，阻抗器与管内壁的间隙一般取6~15 mm，管径大时取上限值；阻抗器应与管子同心安放，其头部与焊接点的间距取10~20 mm，同理，管径大时取大的值。
8、焊接压力
焊接压力也是高频焊接的主要参数。理论计算认为焊接压力应为100~300MPa，但实际生产中这个区域的真实压力很难测量。一般都是根据经验估算，换算成管子边部的挤压量。不同的壁厚取不同的挤压量，通常2mm以下的挤压量为：3~6 mm时为0.5t~ t；6~10 mm时为0.5t；10 mm以上时为0.3t~0.5t。
API钢管生产中，常出现焊缝灰斑缺陷，灰斑缺陷是难熔的氧化物，为达到消除灰斑的目的，宝钢等厂家多采取了加大挤压力，增加焊接余量的方法，6mm以上钢管的挤压余量达0.8~1.0的料厚，效果很好。
高频焊接常见的问题及其原因，解决方法：
《1》焊接不牢，脱焊，冷叠；原因：输出功率和压力太小；
解决方法：1 调整功率；2 厚料管坯改变坡口形状；3 调节挤压力《2》焊缝两边出现波纹；原因：会合角太大，
解决方法：1 调整导向辊位置；2 调整实弯成型段；3 提高焊接
速度《3》焊缝有深坑和针孔；原因：出现过烧
解决方法：1 调整导向辊位置，加大会合角；2 调整功率；3提高焊接速度《4》焊缝毛刺太高；原因：热影响区太宽
解决方法：1提高焊接速度；2 调整功率；《5》夹渣；
原因：输入功率过大，焊接速度太慢解决方法：1 调整功率；2 提高焊接速度《6》焊缝外裂纹；
原因：母材质量不好；受太大的挤压力解决方法：1 保证材质；
2 调整挤压力《7》错焊，搭焊原因：成型精度差；
解决方法：调整机组成型模辊；
高频焊接是焊管生产中的关键工序，由于系统性的影响因素，至今还需要我们在生产第一线中探索经验，每一台机组都有它的设计和制造差别，每一个操作者也有不同的习惯，也就是说有，机组和人一样，都有自己的个性。我们将这些资料提供给大家，是
为了让我们更好得了解高频焊接的基本原理，从而更好地结合自己的生产实践，总结出适合于自己机组的操作规程。
附：API标准关于管子焊接质量的规定（美国石油学会）API—5L/5CT焊缝标准
API-5CT标准规定：
10.5 压扁试验
10.5.4第1组试验方法----非整体热处理的管子
试样应在平行板间压扁。在每组压扁试样中，一个试样应在90°位置压扁，另一个试样应在0°位置压扁。试样应压扁至相对管壁相接触为止。在板间距离不小于表C.23或表E.23规定值时，试样任何部位不应产生裂纹或断裂。在整个压扁过程中，不应出现不良的组织结构、焊缝未熔合、分层、金属过烧或挤出金属等现象。 10.5.5 第1和第2组试验方法----整体热处理的管子
试样应在平行板间压扁，且焊缝处于弯曲程度最大处。由检验人员决定，还应使焊缝位于距弯曲程度最大处90°位置进行压扁试验。试样应压扁至相对管壁相接触为止。在板间距离不小于表C.23或表E.23规定值时，试样任何部位不应产生裂纹或断裂。在整个压扁过程中，不应出现不良的组织结构、焊缝未熔合、分层、金属过烧或挤出金属等现象。
API-5L标准规定： 6.2.2 压扁试验验收标准压扁试验验收标准如下：
a) 钢级高于A25级的电焊钢管以及规格小于12-3/4的激光焊钢管。
1）对于规定壁厚等于或大于0.500in(12.7mm)，且钢级为X60或更高钢级的钢管原始外径(OD)的三分之二的焊缝应不出现开裂。对所有其他钢级和规定壁厚的钢管，压扁到钢管原始外径的1/2时，焊缝不应出现开裂。
2）对D/t大于10的钢管继续压扁到钢管原始外径(OD)的三分之一，除焊缝之外不应出现焊缝或断裂。
3）对所有D/t的钢管，继续压扁，直到钢管的管壁贴合为止，在整个压扁试验过程中，不得出现分层或过烧金属的现象。
b)对A25钢级的焊接钢管，压扁到钢管原始外径的四分之三焊缝应不出现开裂。继续压扁到到钢管原始外径的60%，除焊缝之外的金属应不出现焊缝或断裂。
注1：对于所有压扁试验，规格小于2-3/8的钢管，焊缝包括熔合线两侧各1/4in（6.4mm）范围内的金属，规格不小于2-3/8的钢管焊缝包括熔合线两侧各1/2in（12.7mm）范围内的金属注2：对于经过热减径机的电焊钢管，在热减径前进行压扁试验，压扁试验的原始外径由制造厂确定。其他情况下，原始外径为规定外径。
试验一电阻应变片的粘贴技术与静态电阻应变仪的使用一、试验目的 （1）掌握电阻应变片的选用原则和方法。 （2）学习常温用电阻应变片粘贴技术。 （3）熟悉静态电阻应变仪的操作规程。 （4）掌握静态电阻应变仪单点测量与多点测量的基本原理。 （5）学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法。 （6）验证电桥的桥路特性，测取不同接桥方式的桥路桥臂的灵敏系数。 二、试验设备及器材 （1）等强度梁一根。 （2）万用表。 （3）粘结剂（502快干胶及305型AB胶、丙酮等）。 （4）常温用电阻应变片。 （5）电烙铁、镊子、放大镜及其他工具。 （6）测量导线若干。 （7）加载砝码。 （8）静态电阻应变仪及预调平衡箱。 三、实验方法及步骤 （1）电阻应变片的粘贴。 ①检查、分选电阻应变片——用放大镜剔除丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。用万用表测量各应变片电阻值，进行电阻值选配。同一测区用片的电阻值相差不得超过仪器可调平的允许范围。 ②试件测点表面准备——用砂纸等工具除去试件待测表面漆层、电镀层、锈斑、污垢覆盖层，划出测点定位线，然后用0#砂纸磨平，再打成与测量方向成45°交叉的条纹，最后用棉球蘸丙酮沿一方向擦拭干净。 ③贴片——使用502快干胶，要掌握时机，左手捏住应变片引线，右手上胶，胶水应均而薄（多用反而不好）。待一分钟左右，当胶水发黏时，校正方向贴好，再垫上玻璃纸（最好用聚乙烯类非极性塑料薄膜），用手指稍加滚压即可。
用环氧树脂胶贴片时，先需在待测面上涂一薄层胶液，将应变片放上，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶液，保证胶层尽可能地薄而均匀，而在应变片周围应有胶液溢出效果才好。贴片后垫上橡皮等，用重物或夹具加压，压力为0.05~0.1MPa，24小时固化后方可进行
直流高频电阻焊基本原理介绍高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所；接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（E；质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等；所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，；电流；集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时；分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中；方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比；钢板的表面； 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，
集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，
DH-3818静态应变测试仪使用方法 一、概述 DH-3818静态应变测试仪集数据采集箱、微型计算机及支持软、硬件构成。 可自动/手动、准确、可靠、快速进行静态应变测量。广泛用于机械、土木、航 空航天、国防、交通等领域。若配接合适的应变式传感器，还可对压力、扭矩、 位移、温度等物理量进行测量。 测试仪具有自动平衡功能，内置标准电阻，可方便实现全桥、半桥及1/4 桥（公用补偿片）连接。 二、主要技术指标 1．测量点数：每台静态应变测试仪有1——10个通道，最多可同时测10 点。每台计算机可控制10台静态应变测试仪； 2．程控状态下采集速度：10测点/秒； 3．测试应变范围：±19999με 4．分辨率：1με 5．系统不确定度：小于0.5％±3με（程控状态） 6．零漂：≤4με/2h（程控状态） 7．自动平衡范围：±15000με，灵敏度系数K＝2、120Ω应变计阻值误 差的1.5％； 8．电源电压：220V±10%，50Hz±1% 三、工作原理 1．WESTONE电桥测量原理 现以1/4桥，120Ω桥臂电阻为例，加以阐述。如图1所示：图1左侧为WESTONE 电桥 （Eg），C端系直流电源负极(O)。B端、D 端分别为输出信号的V i+、V i-端。第一桥 臂（AB）为测量片电阻R g（120Ω），第 四桥臂（AD）为补偿片电阻R（120Ω）， 第二、三桥臂（BC、CD）为仪器内标准 图1 测量原理
电阻R （120Ω）。 由电桥原理，电桥的输出电压V i 为：εK E V g i 25.0= E g 为桥压（DC 2V ）、 K 为应变片灵敏系数、ε为输入应变量με， 低漂移仪表放大器的输出电压V o 为：εK E K .V K V g F i F o 250== K F 为放大器的增益， 故 F g o KK E V 4=ε (1) 当E g ＝2 V K ＝2时，（1）式为：ε＝ F K V 0 对于1/2桥（半桥）电路 F g o KK E V 2= ε (2) 对于全桥电路 F g o KK E V =ε (3) 这样，测量结果由软件加以修正即可。 2．软件功能 本系统的控制软件工作于Win9x 操作系统，软件实现了文件管理、参数设置、平衡操作、采样控制、数据查询、打印控制功能。 软件使用说明另述。 四、数据采集箱的面板的功能介绍
电阻应变片和电阻应变仪 纯弯曲梁正应力测量、弯扭组合主应力 弯矩 扭矩测量 一、应变片及电桥 1. 电阻应变片 把一段细的金属丝，夹贴在两张绝缘纸之间，就构成一个最简单的应变片,如图5-11所示。应变片用特制的胶水，贴在构件的测点上。金属电阻丝承受拉伸或压缩变形的同时，电阻也将发生相应变化。实验结果表明，在一定应变范围内，电阻丝的电阻改变率R R ?与应变l l ε?=成正比，即 εS k R R =? （5-1） 式中s k 为比例常数，称为电阻丝的灵敏系数。 如将单根电阻丝粘贴在构件的表面上，使它随同构件有相同的变形。从式（5-1）看出，如能测出电阻丝的电阻改变率，便可求得电阻丝的应变，也就是求得了构件在粘贴电阻丝处沿电阻丝方向的应变。由于在弹性范围内变形很小，电阻丝的电阻改变量?R 也就很小。为提高测量精度，希望增大电阻改变量，这就要求增加电阻丝的长度；但同时又要求能反映一“点”处的应变，因此把电阻丝往复绕成栅状，这就成为电阻应变片。和单根电阻丝相似，电阻应变片也有类似于式（5-1）的关系， εk R R =? （5-2） 式中比例常数k 称为电阻应变片的灵敏系数，它是电阻应变片的重要技术参数。 2. 温度补偿片 实验时不仅受力使应变片的电阻发生变化，当温度变化时，也会使应变片的电阻变化，从而引起测量上的误差。为此，要采取下述措施： 设R 1为贴在构件上的应变片，R 2应选用与R 1规格型号完全相同的应变片，贴在与R 1 图5.11 应变片的构造
相同材料的构件上，R 1只是受力的作用，R 2不受力。 当温度变化时，由于温度变化而引起的电阻变化在R 1和R 2上相同。由惠斯登电桥原理可知，这时读数ε就不再受温度变化的影响，故R 2就叫做补偿片。 3. 横向效应 应变片是沿着长度方向工作的，当垂直于长度的方向有变形时，也会使应变片输出读数，从而引起误差，这种现象叫做横向效应。产生横向效应的原因，是因为应变片系由许多金属丝并联而成的。在并联处，也就是沿横向也出现了“工作段”。 横向效应越小越好，但不可能全无。在精密的测量中，要根据应变片的横向效应系数，用指定的公式对读数进行修正。 4. 应变电桥 应变电桥有半桥接法和全桥接法两种。当用两个贴在测点上的应变片代替电桥上的两个桥臂，另两个桥臂由仪器内部的固定电阻来担任时，称为半桥接法。当贴在四个测点上的应变片，组成测量电桥时，称为全桥接法。 )(4 43211εεεε-+-=?k E U BD （5-9) 上式表明，由应变片感受到的)(4321εεεε-+-，通过电桥可以线性地转变为电压的变化BD U ?。只要对BD U ?进行标定，再将电压量转换成应变，就可以用仪表指示出所测定的)(4321εεεε-+-，即： 1234r εεεεε=-+- （5-10) 式中r ε为应变仪读数。 5. 应变片和应变花 (1)在单向应力场中，可贴一片应变片。应变片的长度方向与应力方向一致。可用单向拉压胡克定律求出应力，即σ=Eε。 (2)在平面应力场中，若主应力方向已知，可贴两片应变片，分别与两个主应力方向重图5.12 惠斯登电桥 B A U BD
点焊基本原理 1．1 点焊接头的形成 电阻点焊原理和接头形成如图1所示。可简述为：将焊件3压紧在两电极2之间，施加电极压力后，阻焊变压器1向焊接区通过强大的焊接电流，在焊件接触面上形成真实的物理接触点，并随着通电加热的进行而不断扩大。塑变能与热能使接触点的原子不断激活，消失了接触面，继续加热形成熔化核心4，简称熔核。熔核中的液态金属在电动力作用下发生强烈搅拌，熔核内的金属成分均匀化，结合界面迅速消失。加热停止后，核心液态金属以自由能最低的熔核边界半熔化晶粒表面为晶核开始结晶，然后沿与散热相反方向不断以枝晶形式向中间延伸。通常熔核以柱状晶形式生长，将合金浓度较高的成分排至晶叉及枝晶前端，直至生长的枝晶相互抵住，获得牢固的金属键合，接合面消失了，得到了柱状晶生长较充分的焊点，如图2所示。或因合金过冷条件不同，核心中心区同时形成等轴晶粒，得到柱状晶与等轴晶两种凝固组织并存的焊点，如图3所示。同时，液态熔核周围的高温固态金属，在电极压力作用下产生塑性变形和强烈再结晶而形成塑性环①〔注：塑性环（corona bond）熔核周围具有一定厚度的塑性金属区域称为塑性环，它也有助于点焊接头承受载荷〕，该环先于熔核形成且始终伴随着熔核一起长大，如图4所示。它的存在可防止周围气体侵入和保证熔核液态
金属不至于沿板缝向外喷溅。 熔核凝固组织为全部柱状晶者，以65Mn熔核为例，其形成过程模型如图5所示。图中： 图5a 凝固前，在熔合线上（固－液相界面）有许多晶粒处于半熔化状态，显然熔核的液态金属能很好的润湿取向不同的半熔化晶粒表面，为异质成核进行结晶提供了有利条件。 图5b 液态熔核的温度降低时，由于成分过冷较大，以半熔化晶粒作底面沿<100>向长出枝晶束。 在电极与母材的急冷作用下，凝固界面前形成较大的温度梯度，因而使枝晶主干伸入液体中较远，枝晶生长很快，枝晶臂间距H与冷却速度V间存在以下关系。 一次枝晶臂间距H1∝V-? 二次枝晶臂间距H2∝V-（?～?） 由于薄件脉冲点焊熔核尺寸小，电极与母材的急冷作用强，液体金属的冷却速度极快，因此枝晶臂的间距甚小。 图5c 枝晶继续生产、凝固层向前推进，液体向枝晶间充填。 枝晶间的液体逐渐向枝晶上凝固，使枝晶变长变粗，靠近母材处由于温度低，液体向枝晶上凝固快，以至形成连续的凝固层。由于65Mn合金具有较宽的凝固温度范围，故凝固层呈锯齿形起状，由于晶界在凝固层内形成，这就造成柱状
试验一电阻应变片的粘贴技术与静态电阻应变仪的使用 一、试验目的 （1）掌握电阻应变片的选用原则和方法。 （2）学习常温用电阻应变片粘贴技术。 （3）熟悉静态电阻应变仪的操作规程。 （4）掌握静态电阻应变仪单点测量与多点测量的基本原理。 （5）学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法。 （6）验证电桥的桥路特性，测取不同接桥方式的桥路桥臂的灵敏系数。 二、试验设备及器材 （1）等强度梁一根。 （2）万用表。 （3）粘结剂（502快干胶及305型AB胶、丙酮等）。 （4）常温用电阻应变片。 （5）电烙铁、镊子、放大镜及其他工具。 （6）测量导线若干。 （7）加载砝码。 （8）静态电阻应变仪及预调平衡箱。 三、实验方法及步骤 （1）电阻应变片的粘贴。 ①检查、分选电阻应变片——用放大镜剔除丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。用万用表测量各应变片电阻值，进行电阻值选配。同一测区用片的电阻值相差不得超过仪器可调平的允许范围。 ②试件测点表面准备——用砂纸等工具除去试件待测表面漆层、电镀层、锈斑、污垢覆盖层，划出测点定位线，然后用0#砂纸磨平，再打成与测量方向成45°交叉的条纹，最后用棉球蘸丙酮沿一方向擦拭干净。 ③贴片——使用502快干胶，要掌握时机，左手捏住应变片引线，右手上胶，胶水应均而薄（多用反而不好）。待一分钟左右，当胶水发黏时，校正方向贴好，
再垫上玻璃纸（最好用聚乙烯类非极性塑料薄膜），用手指稍加滚压即可。 用环氧树脂胶贴片时，先需在待测面上涂一薄层胶液，将应变片放上，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃纸，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶液，保证胶层尽可能地薄而均匀，而在应变片周围应有胶液溢出效果才好。贴片后垫上橡皮等，用重物或夹具加压，压力为~，24小时固化后方可进行
电阻应变仪 一．用途电阻应变仪是用来测量构件或机械零件变形（线变形）的仪器。这种仪器具有灵敏度高、体积小、便于远距离测量等优点。它是电测法的主要仪器，对于验证设计理论、检验工程质量，以及决定正确的设计方案，都简便可靠。因此它被广泛地应用于各类工程的应力分析实验中。 二．基本原理电阻应变仪主要由电阻应变片和应变仪两部分组成。其工作原理是，把非电量的变形变化转变为电量的变化，即利用贴在构件上的电阻应变片随同构件一起变形引起电阻的改变，通过电子仪器测量此电阻的改变量，就可以求得构件所贴部位的应变。 1．电阻应变片 电阻应变片由直径为0.02~0.05mm的康铜丝或 镍铬丝制成的。为使合金丝在标距内获得较大的工作长度，通常将合金丝绕成栅型。合金丝的两边贴以绝缘薄纸，以免与试件直接接触。两端用直径为0.1~0.2mm 的铜丝引出，L为标距，通常为1~100mm。一般电阻应变片的电阻值为120Ω。 使用时，用特制的胶水将电阻片贴在试件的欲测部位，当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻 丝的电阻发生改变（增大或缩小）。从物理学可知，长度为，直径为的金属电阻丝，其电阻值为 若使金属电阻丝产生拉伸（或压缩）变形，则金属丝的长度、横截面积和电阻率都将变化，金属丝电阻值的相应变化量由下式求得
其中又有 ， 所以 将等式两边除以得 实验证明，在金属丝弹性范围内，是一常数，故令 （称为灵敏系数） 于是，我们得到
式中K称为电阻应变片的灵敏系数，它的数值与电阻丝的材料及绕线方式有关，一般K值在2.0左右。 2．温度变化对应变片的影响和温度补偿片粘贴在测点上的应变片，若周围环境温度变化时，其电阻值也将产生改变，原因有二： （1）敏感栅电阻值随温度而改变 温度时，敏感栅的电阻值为 ——温度在零度是敏感栅的电阻值 ——敏感栅的电阻温度系数 当温度改变为时，应变片的阻值将改变 （2）应变片线膨胀系数和测点材料线膨胀系数不同使应变片电阻变化 当温度改变为时，应变片敏感栅的长度变化：测点材料的 长度变化：长度变化的差值：因为，，所以因此，实验过程中如果温度变化，则应变片电阻的变化量为 在常温应变测量中，常利用电桥原理，采用温度补偿片来消除温度变化的影响。 所谓温度补偿片是将一个与测量应变片相同（型号、电阻值和灵敏系数均相同）的应变片粘贴在与测点材料相同的小块上，实验时将该小块放在测点附近，使其温度与测点温度相同。把温度补偿片接在电桥的BC臂上。设电桥处于平衡
电阻焊接原理与电阻点焊过程四个阶段 电阻焊虽然具有劳动条件好，不需另加焊接材料，操作简便，易实现机械化等优点；但也受到耗电量大、电极棒更换、被焊材料导电性能、适用的接头形式、以及可焊工件厚度（或断面尺寸）等因素的限制。 在动力电池的成组工艺中，电阻焊作为一种比较成熟的工艺，被在一些场合应用，比如单体与母排的焊接，电池极耳与并联导电条的连接等等。由于设备简单，成本较低，在电池行业发展早期，应用比较多。虽然近年有逐步被更先进的激光焊接和超声焊接替代的趋势……不管怎样，整理一份资料，了解一下这位成型工艺界的前辈。 电阻焊虽然具有劳动条件好，不需另加焊接材料，操作简便，易实现机械化等优点；但也受到耗电量大、电极棒更换、被焊材料导电性能、适用的接头形式、以及可焊工件厚度（或断面尺寸）等因素的限制。 电阻焊接原理 电阻焊（resistance welding）是把工件置于一定的电极力夹紧间，然后利用接电流通过件所析出的电阻热使被材料熔化，待冷却后形成可靠点的接方法。 电阻焊基本形式如下图所示，将即将接的材料 3 夹紧于两电极2 之间，在施加一定的接压力后，接变压器 1 在接区释放较大的电流，并持续一定的时间，直到件的接触面间出现了真实的接触点后，再继续加大接电流让熔核持续地生长，此时接材料接触位置的原子不断被激活后形成熔化核心4。 最后接变压器停止通电，被融化件材料遇冷凝固为点。利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点、缝、凸、对。 电阻焊点的热源是电流通过接区产生的电阻热。电阻焊点时，电流通过件产生的热量可由下式确定： Q=I Rt
实验5静态电阻应变仪的使用与桥路连 接
实验静态电阻应变仪的使用与桥路连接 一、实验目的 1．掌握在静载荷下，使用静态电阻应变仪单点应变和多点应变测量的方法。 2．熟悉电阻应变片半桥、全桥的接线方法并测定等强度梁逐级加载的应变值。 二、试验设备及仪器 1．等强度梁 2．静态电阻应变仪 3．数字万用表、游表卡尺 三、实验原理 L等强度梁的应力 等强度梁如图3—1所示，其截面为矩形；高为A；宽度6，随J的变化而变化，有效长度段的斜率为tga
h——等强度梁截面高度； 在等强度梁的上表面粘贴纵向电阻应变片，用电阻应仪可以测得在外力户作用下的应变值‘，根据虎克定律可得到应力实验值，即可将实验测得的应力值实与理论应力值dg加以比较分析。 四、电阻应变法 电阻应变法测量主要由电阻应变片和电阻应变仪组成。 1，电阻应变片 电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状， 并用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的，如图2—1所示。栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。 实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变片。当该部位沿应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。 其中 R——应变片的初始电阻值； ΔR——应变片电阻变化值；
K——应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。由制造厂家抽 样标定给出的，一般K值在2．0左右。 2．电阻应变仪 由电阻应变片将构件应变‘转换成电阻片的电阻变化AR，而应变片所产生的电阻变化是很微小的。通常用惠斯顿电桥方法来测量，如图3—2所示。电阻构成电桥的四个桥壁。在对角节点AC上接上电桥工作电压正，另一对角点BD为电桥输出端，输出端电压Ueo。当四个桥臂上电阻值满足一定关系时，电桥输出电压为零，此时，称电桥平衡。由电工原理可知，电桥的平衡条件为 (3-4) 若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变 片，其初始电阻都相等，即R1 ,R2 ,R3和R4构件受力前，电桥保持平衡，即U BD。构件受力后，应变片各自受到应变后分别有微小电阻 变化ΔR1 ,ΔR2 ,ΔR3和ΔR4这时，电桥的输出电压将有增量ΔU BD，即
目录 电阻应变测量原理及方法 (2) 1. 概述 (2) 2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 (2) 2.1电阻应变片的工作原理 (2) 2.2电阻应变片的构造 (4) 2.3电阻应变片的分类 (4) 3. 电阻应变片的工作特性及标定 (6) 3.1电阻应变片的工作特性 (6) 3.2电阻应变片工作特性的标定 (10) 4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (12) 4.1电阻应变片的选择 (12) 4.2电阻应变片的安装 (13) 4.3电阻应变片的防护 (14) 5. 电阻应变片的测量电路 (14) 5.1直流电桥 (15) 5.2电桥的平衡 (17) 5.3测量电桥的基本特性 (18) 5.4测量电桥的连接与测量灵敏度 (19) 6. 电阻应变仪 (24) 6.1静态电阻应变仪 (24) 6.2测量通道的切换 (26) 6.3公共补偿接线方法 (27) 7. 应变-应力换算关系 (28) 7.1单向应力状态 (28) 7.2已知主应力方向的二向应力状态 (29) 7.3未知主应力方向的二向应力状态 (29) 8. 测量电桥的应用 (31) 8.1拉压应变的测定 (31) 8.2弯曲应变的测定 (34) 8.3弯曲切应力的测定 (35) 8.4扭转切应力的测定 (36) 8.5内力分量的测定 (36)
电阻应变测量原理及方法 1. 概述 电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。 电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1所示。测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。 电阻应变测量方法又称应变电测法，之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优点 1．测量灵敏度和精度高。其分辨率达1微应变（με），1微应变=10-6应变（ε）。 2．测量范围广。可从1微应变测量到2万微应变。 3．电阻应变片尺寸小，最小的应变片栅长为0.2毫米；重量轻、安装方便，对构件无 附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变的测量。 4．频率响应好。可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。 5．由于在测量过程中输出的是电信号，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。 6．可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。 7．可制成各种高精度传感器，测量力、位移、加速度等物理量。 该方法的缺点是： 1．只能测量构件表面的应变，而不能测构件内部的应变。 2．一个应变片只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变，不能进行全域性的测量。 3．只能测得电阻应变片栅长范围内的平均应变值，因此对应变梯度大的应力场无法进 行测量。 2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 2.1 电阻应变片的工作原理 由物理学可知，金属导线的电阻值R 与其长度L 成正比，与其截面积A 成反比，若 图1 用电阻应变片测量应变的过程
3 电阻应变仪 1．电阻应变仪的组成 电阻应变仪是把电阻应变量测系统中放大与指示（记录、显示）部分组合在一起的量测仪器，主要由振荡器、量测电路、放大器、相敏检波器和电源等部分组成，把应变计输出的信号进行转换、放大、检波以及指示或记录。 2．电阻应变仪的原理 电阻应变仪的测量原理是通过惠斯登电桥 ，将微小电阻变化转变为电压或电流变化，惠斯登电桥是由4个电阻1R 、2R 、3R 和4R 组成，如图所示，4个电阻构成电桥的4个桥臂。根据电工学原理，在电桥的B 、D 端输出电压为BD U 与电桥的A 、C 端的输入电压AC U 的关系为： ()() 42314 231R R R R R R R R U U AC BD ++-= （ 8） 当4个电桥的电阻满足式3.2.9时，电桥的输出电压为零。这种状态称为平衡状态。 3 4 21R R R R = （ 9） 假设初始状态为平衡状态，受力后桥臂电阻分别有微小的电阻增量1R ?、 2R ?、3R ?和4R ?，这时电桥输出电压的增量BD U ?为 BD U ?＝AC U R R R R R R R R R R R R R R R R ???????-?++?-?+））（（）（44332 434322 1 122121() （ 10） 图 6 惠斯登电桥 R 1 R 2 R 4 R 3 B A C B U AC U
4．测量电路 根据桥臂上受试验对象的应变变化而改变的电阻应变片（工作应变片）的数量，测量方式主要有：全桥电路、半桥电路和1/4桥电路。 （1）全桥电路 全桥电路就是在量测桥的四个桥臂上全部接入工作应变片，其中相邻臂上的工作片兼作温度补偿片，现假定选取的四个桥臂应变片的阻值都相等（全等臂电桥），即1R ＝2R ＝3R ＝4R ＝R ，且每个应变片的灵敏系数K 也相同，则上式变为： BD U ?＝ ） （4 4 332211ΔΔΔΔ4R R R R R R R R U AC -+-＝)(4K 4321εεεε-+-AC U （ 11） （2）半桥电路 半桥电路是由两个工作片和两个固定电阻组成，则 BD U ?＝ ） （22 114R R R R U AC ?-?＝)(4 K 21εε-AC U （ 12） （3）1/4桥电路 1/4桥电路常用于量测应力场里的单个应变，即只有1R 变化，而2R 、3R 和4 R 不变化，则 BD U ?＝ 4AC U 1 1 R R ?＝14K εAC U （ 13） 5．多点测量线路 进行实际测量时，一个测点显然是不可取的，因而要求应变仪具有多个测量桥，这样就可以进行多测点的测量工作。多点测量线路主要有工作肢转换法和中线转换法。工作肢转换法每次只切换工作片，温度补偿片为公用片；中线转换法每次同时切换工作片和补偿片，通过转换开关自动切换测点而形成测量桥。 6．温度补偿 由于环境温度变化的影响，通过应变片的感受，可引起电阻应变仪指示部分的示值变动，这种变动称为温度效应。而电阻丝通常为镍铬合金丝，温度变动1℃，将产生相当于钢材应力为14.7N/mm 2的示值变动，这一量不能忽视，必须设法加以消除。消除温度效应的方法称为温度补偿。温度补偿可采用温度补偿片
绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
第五章电阻点焊 5.1概述 点焊是电阻焊的一种, 是将被焊工件压紧于两电极之间, 并通过电流利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态, 使之形成金属结合的一种方法, 如图 5.1 所示。 点焊是一种高速、经济的连接方法。它适用于制造接头不要求气密,厚度小于3mm, 冲压、轧制的薄板搭接构件,广泛用于汽车、摩托车、航空航天、家具等行业产品的生产。 图 5.1 点焊示意图 5.2点焊的基本原理 5.2.1点焊过程(焊接循环 图 5.2为点焊的基本焊接循环, 图 5.33为点焊焊接过程示表图。点焊过程由四个基本阶段组成。 图 5.2 点焊的基本焊接循环图 5.3 点焊焊接过程示意图 (1 预压阶段—将待焊的两个焊件搭接起来，置于上、下铜电极之间，然后施加一定的电极压力，将两个焊件压紧。 (2 焊接时间—焊接电流通过工件，由电阻热将两工件接触表面加热到熔化温度，并逐渐向四周扩大形成熔核。 (3 维持时间—当熔核尺寸达到所要求的大小时，切断焊接电流,电极压力继续保持，熔核在电极压力作用下冷却结晶形成焊点。 (4 休止时间—焊点形成后，电极提起，去掉压力，到下一个待焊点压紧工件的时间。休止时间只适用于焊接循环重复进行的场合。 为了提高焊点的物理和化学性能，可以在基本焊接循环中加入下列其中之一或多个过程: (1 预压力使电极和工件紧密、贴合; (2 预热来降低工件上开始焊接时的温度梯度; (3 顶锻力压实熔核，防止产生裂纹和缩孔;
(4 回火、退火时间对硬化合金钢以达到所需求的强度; (5 后热以细化晶粒; (6 电流衰减以延迟AL 的冷却。 图 5.4 为一个比较复杂的焊接循环。 图 5.4 复杂的点焊焊接循环示例 5.2.2 焊接热的产生及其影响因素 5. 2.2.1焊接热量的产生 点焊时产生的热量由下式决定: Q=I2RT 式中： Q—产生的热量(J I—焊接电流(A R—电极间电阻( T—焊接时间(S 点焊时导电通路上的总电阻及热量分布如图 5.5所示。 图 5.5 点焊时导电通路上的电阻及热量分布 总电阻由以下七个部分组成: ①1,7—电极电阻，与电极材料有关; ②2,6—电极与工件之间的接触电阻，与电极和工件的表面状态，电极大小、形状及压力有关。此处产生的热量较多，但由于电极的热传导较好，并有水冷，母材达不到熔化温度。 ③3,5—母材本身电阻，正比于材料的电阻率和板厚，反比于导电面积。 ④4—母材间接触电阻，此处电阻最大，产热最多对焊接形核有作用的是接触电阻4，其它的电阻应尽可能减少。在一定的焊接循环 内,影响点焊接头热量多少的因素有：A.工件及电极电阻；B.工件间接触电阻以及工件与电极之间的接触电阻；C.工件及电极上的热量损失。 5. 2.2.2影响因素
应变电测法和电阻应变仪的使用方法 电阻应变仪是电测实验应力分析中,通过粘贴于结构构件上的应变计测量构件应变的专用仪器。实验室当前使用的两种型号的电阻应变仪均是自动平衡的数字应变仪，单台应变仪一批次最多可以接入12枚粘贴于构件上的应变计,俗称有12个测量通道。 在材料力学实验中有9项实验分别用到电阻应变仪，它们是弯曲正应力实验；电测法测扭转切变模量G实验；扭弯组合变形主应力测定和内力素分离实验；压杆临界压力测定实验；动应力和冲击应力实验；4项创新实验：两种不同材料组成的胶接叠梁实验，预应力提高结构承载能力实验；构件在内压、弯曲、轴力联合作用下E，μ测定和内力分离实验；双肢压杆实验。因此要求同学能正确掌握电阻应变仪的接线（组桥）和使用方法，它对高质量完成实验是非常重要的。 使用电阻应变仪进行电测应力分析实验的几点共性的规定 1、实验室所有电测构件上应变计的引线均用不同颜色的导线以区分应变计的贴 片位置和方向，在把它们接到电阻应变仪不同通道（有1，2，3…12共12 个通道）接线排上时，一定要记录该通道所测应变是代表哪一点哪一方向的应变。 2、在进行静态多点应变测量（加一级载荷同时测量2个测点以上的应变）时， 所有测点测量片的两根引线均接到应变仪不同通道接线排上的A,B接线柱上，温度补偿片单独接到应变仪最左边无测点通道号的公共补偿接线柱上。 3、多点应变测量接线时应遵循由上而下，同一高度的两枚应变计则先前而后， 有环轴向应变计的先环向后轴向的原则，分别按顺序接到应变仪的1，2 (12) 通道上。这样便于在测量过程中及时进行比较及时纠正错误。 4、单点应变测量时，随便接到哪一个通道均可，测量片接A,B桥臂，补偿片接 B,C桥臂。 5、粘贴于不同教学构件上的应变计灵敏系数可能不同，测量前均要对使用的应 变仪进行灵敏系数设定（设定方法见应变仪具体介绍）。 6、所有接上应变计导线的接线柱必须拧紧，测量过程中不允许拉动导线，因是 电阻变化转变成应变的测量，任何松懈的接线和测量中拉动导线都会引起接触电阻的变化，造成应变读数的变动。 应变电测实验过程中的注意事项 （1）所有应变电测的教学试件上均有编号，并用标签标出试样尺寸，材料常数E，μ，应变计的灵敏系数k，以及载荷等有关参数，必需作记 录。 （2）实验数据必需经指导老师审查、签字并连同实验报告一起交回实验室。 （3）实验时不得用手及工具剥开应变计的密封胶。 （4）实验完毕应卸下导线，卸去载荷关闭加载台和应变仪的电源，并使实验现场恢复原状。
电阻应变仪的使用方法 一、试验目的 1、掌握电阻应变仪的使用方法； 2、学习和掌握常用电阻应变仪的组成。 二、试验仪器及设备 1、手持电阻应变仪； 2、钢材试件； 3、数字万用电表、兆欧表； 4、放大镜； 5、粘结剂（KH502胶）、丙酮或酒精； 6、砂纸、棉花球、镊子、塑料薄膜； 7、电烙铁、焊锡丝、松香、接线端子、导线。 实验内容及步骤： 电阻应变仪是电测实验应力分析中,通过粘贴于结构构件上的应变计测量构件应变的专用仪器。实验室当前使用的两种型号的电阻应变仪均是自动平衡的数字应变仪，单台应变仪一批次最多可以接入12枚粘贴于构件上的应变计,俗称有12个测量通道。 在材料力学实验中有9项实验分别用到电阻应变仪，它们是弯曲正应力实验；电测法测扭转切变模量G实验；扭弯组合变形主应力测定和内力素分离实验；压杆临界压力测定实验；动应力和冲击应力实验；4项创新实验：两种不同材料组成的胶接叠梁实验，预应力提高结构承载能力实验；构件在内压、弯曲、轴力联合作用下E，μ测定和内力分离实验；双肢压杆实验。因此要求同学能正确掌握电阻应变仪的接线（组桥）和使用方法，它对高质量完成实验是非常重要的。 使用电阻应变仪的过程及使用方法： 1、实验室所有电测构件上应变计的引线均用不同颜色的导线以区分应变计的贴片位置和方向，在把它们接到电阻应变仪不同通道（有1，2，3…12共12个通道）接线排上时，一定要记录该通道所测应变是代表哪一点哪一方向的应变。 2、在进行静态多点应变测量（加一级载荷同时测量2个测点以上的应变）时，所有测点测量片的两根引线均接到应变仪不同通道接线排上的A,B接线柱上，温度补偿片单独接到应变仪最左边无测点通道号的公共补偿接线柱上。 3、多点应变测量接线时应遵循由上而下，同一高度的两枚应变计则先前而后，有环轴向应变计的先环向后轴向的原则，分别按顺序接到应变仪的1，2…12通道上。这样便于在测量过程中及时进行比较及时纠正错误。 4、单点应变测量时，随便接到哪一个通道均可，测量片接A,B桥臂，补偿片接B,C桥臂。 5、粘贴于不同教学构件上的应变计灵敏系数可能不同，测量前均要对使用的应变仪进行灵敏系数设定 6、所有接上应变计导线的接线柱必须拧紧，测量过程中不允许拉动导线，因是电阻变化转变成应变的测量，任何松懈的接线和测量中拉动导线都会引起接触电阻的变化，造成应变读数的变动。 应变电测实验过程中的注意事项 （1）所有应变电测的教学试件上均有编号，并用标签标出试样尺寸，材料常数E，μ，应
高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？ 集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应 会减小。 邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流
静态电阻应变仪操作及应变片组桥实验 1 实验目的 ⑴掌握静态电阻应变仪的使用方法； ⑵了解电测应力原理，掌握直流测量电桥的加减特性； ⑶分析应变片组桥与梁受力变形的关系，加深对等强度梁概念的理解。 2 设备仪器 ⑴50KN 电子万能试验机一台； ⑵静态电阻应变仪一台； ⑶等强度测试梁一套。 3 实验原理 图2－１ 实验装置图 实验装置如图2－1，梁的厚h=11.65mm 、宽b （X ）=X/9 ， 在X=200mm 和X=300mm 处梁的上下表面沿对称轴方向粘贴了四片电阻应变片Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4。电阻片阻值：120Ω ，灵敏度系数：2.12，电阻片长：5mm 。由这四个电阻片在静态电阻应变仪上接成不同的测量桥路进行测量可以熟练掌握应变仪的使用。 实验中，要明确电阻应变片和静态电阻应变仪的测量原理： ⑴电阻应变片测量原理 目前常用的箔式电阻应变片是用0.003~0.01mm 高阻抗镍铜箔材经化学腐蚀等工序制成电阻箔栅，然后焊接引出线，涂上绝缘胶粘固到塑料基膜上。使用时，只须把基膜面用特制胶水
牢固粘贴到构件的测点处。这样当构件受力变形时电阻应变片亦随之变形，则电阻应变片的电阻值将发生改变。其特性关系为： ΔR/R 0∕ΔL/L 0=K 即是说，应变片电阻的改变率与长度的改变率的比为一常数K ，而长度的改变率ΔL/L 0=ε。 常数K 也称电阻应变片的灵敏系数，电阻应变片作为产品出厂时会给出K 、R 0、L 0 。 因此，只要有专门的电子仪器能测出应变片的电阻改变率ΔR/R 0，即可完成应力测量σ=E ε 这种专门的电子仪器已广泛应用，就是静态电阻应变仪。 ⑵静态电阻应变仪测量原理 静态电阻应变仪是依据惠斯顿电桥原理进行测量的。 惠斯顿电桥如图2－2所示： 图2—2 惠斯顿电桥 若在节点A 、C 之间给一直流电压V AC ，则B 、D 之间有电压输出V BD ，且V BD =（R 1R 3-R 2R 4）V AC /（R 1+R 2）（R 3+R 4），当R 1R 3=R 2R 4时，称电桥满足平衡条件，此时V BD =0，且由该电桥特性知当 R 1=R 2=R 3=R 4=R 时，电桥为全等臂电桥。 dV BD = 4A C V （ΔR 1/R-ΔR 2/R+ΔR 3/R-ΔR 4/R ） 由于电阻应变片有ΔR/R=K ε，上式可写成： dV BD =K 4 A C V （ε1-ε2+ε3-ε4） 即是说电桥输出电压与四个桥臂上电阻应变片所产生应变的代数和成正比。即 4 dV BD /K V AB =（ε1-ε2+ε3-ε4） 令4 dV BD /K V AB =ε 则ε=（ε1-ε2+ε3-ε4）。 这便是静态电阻应变仪测量原理。同时，也表明了测量电桥的加减特性。利用电桥的加减特性可以根据不同的测量需求实现单臂、半桥、全桥等测量。要记住的是静态电阻应变仪 B D A