电阻点焊与所有其他固态焊接工艺一样，依赖于材料固有的体电阻率——当电流通过时，这种特性会成为产热源。该物理现象由焦耳第一定律（亦称焦耳-楞次定律）描述：通电导体产生的热量（Q）等于电流（I）乘以电压（V）再乘以通电时间（t），即 Q = IVt。根据欧姆定律，电压（V）等于电流（I）乘以电阻（R），即 V = IR。这意味着焦耳定律经代入后亦可表述为 Q = I²Rt。
换言之，输入焊点的热量等于电流平方乘以电阻再乘以通电时间。需要说明：此公式假设电阻和电流恒定不变，但电阻焊过程中并非总是如此。
为深入理解电阻加热（及后续的电阻焊），了解不同材料体电阻率的相对关系将有所助益。本文将仅讨论日常生活中常见的几种材料。电阻率用希腊字母”ρ”表示，单位为”欧姆·米”（Ω•m）。参见下表示例：
表1：材料体电阻率
| 材料 | 电阻率(ρ) Ω•m* | 备注 |
|---|---|---|
| 银 | 1.59 x 10⁻⁸ | |
| 铜 | 1.68 x 10⁻⁸ | |
| 铝 | 2.82 x 10⁻⁸ | 约为铁的1/3 |
| 镍 | 6.99 x 10⁻⁸ | |
| 铁 | 10.1 x 10⁻⁸ | 约为铝的3倍 |
| 镍铬合金 | 110 x 10⁻⁸ | 电炉加热元件材料 |
由此可见，日常材料的体电阻率存在显著差异。简要分析：
- 铜的体电阻率极低，是良导体。正是这种特性使得铜制电极能够焊接铝和铁合金而自身不会与工件焊合（大多数情况下如此）。
- 铝与铁的体电阻率差异显著（约3倍），但仍具可比性。就像与英国人交流——语言相通但存在差异。
这些知识如何指导我们运用电阻点焊（RSW）工艺连接铝合金或其他材料？关键在于电流通过时材料产生的热量，这正是体电阻率的作用所在。前文提及总热量Q = I²Rt，由此可知：焊接铝材时，为弥补电阻降低造成的总热量减少，需要增加电流或延长焊接时间。但实践中不能只关注体电阻率这一项材料特性。
要掌握铝合金电阻点焊技术，还需考虑另外两个基本特性：熔点与塑性温度区间（见表2）。
表2：材料特性——钢与铝对比
| 材料特性 | 铝 | 铁 |
|---|---|---|
| 熔点 | 660°C | 1538°C |
| 塑性温度区间 | ~93°C | ~538°C |
数据显示二者存在巨大差异：铝的熔点更低，塑性温度区间更窄。这意味着什么？
首先，使同等体积铝材达到熔融温度所需热量实际上低于铁。但由于熔点更低，铝在较低温度就会进入塑性状态，这导致铝合金更难维持足够塑性材料来约束熔核。换言之：铝的点焊工艺窗口比铁更小，允许的电流和焊接时间变化范围更窄。
我们面临的挑战是：必须针对铝相对于铁更低的体电阻率、熔点和更窄的塑性区间来调整工艺。综合这些因素，可参考以下经验法则（需注意：经验法则能指明方向，但精确参数仍需微调）。
现有许多标准化RSW焊接参数表（参见参考文献1、2），那么能否将钢的焊接参数转换为铝用参数？更重要的是，如何理解焊接行业如何应对这两种材料的差异？简言之：基本可行。通过对比高强度低合金钢（无涂层）与铝的焊接参数表，可得出近似规律——我称之为”3-1-1/3法则”：
3倍法则：相同规格和主导板厚（GMT）下，铝的典型电流值约为钢的3倍
- 更高电流既补偿铝的低电阻率产热不足，又抵消周围材料的热散失
- 例外：经表面清洁处理的铝材（如航空航天应用）可能需要4倍以上电流
1倍法则：相同规格和GMT下，铝与钢的焊接压力基本一致
- 需要足够未熔母材约束熔核形成，虽然受多重因素影响但两者所需压力相近
- 注：本讨论不涉及可热处理铝合金RSW过程中适用的锻压力（该力需增加至少50%
1/3法则：相同规格和GMT下，铝的焊接时间约为钢的1/3
- 窄塑性区间决定铝的工艺窗口小，必须采用更精确的短时焊接
- 建议：当铝材规格介于参数表两档之间时，应采用插值法/比例计算确定精确时间
掌握铝合金电阻点焊基础后，还需认识到铝合金具有多样性。无论合金牌号或后处理工艺如何，完整标识都应提供必要信息。
确定铝合金类型后，需查阅兼容性图表（如AWS C1.1或RWMA手册）。这些图表旨在明确四点：
- 组合材料的可焊性等级（甚至包含”不建议焊接”的提示）
- 表面预处理要求（从”无需处理”到化学/机械清洗）
- 焊点耐腐蚀性是否与母材相当
- 声明图表存在滞后性（建议新型涂层材料咨询生产商）
解决兼容性问题后，最终就是执行RSW基础工艺。只要选用规格合适的设备（包括合格电源）、正确电极帽和合理设计的工件，几乎必然能获得经济可靠的工艺。这正是电阻点焊至今不可替代的原因。
图1：铝点焊撕裂试样照片。显示的测量值符合要求，因为该应用所需最小焊点尺寸（MWS）相对料厚较大。
参考文献：
1. 《电阻焊手册》（第4修订版）
2. AWS C1.1M/C1.1:2019《电阻焊推荐规范》
作者Donald F. Maatz, Jr.系Milco制造公司高级焊接工程师，曾任美国焊接学会底特律分会主席，现任职于D8/D8.9汽车焊接委员会，担任D8D委员会主席及C1电阻焊委员会顾问，AWS认证CWI检验师，RWMA学院讲师，毕业于俄亥俄州立大学焊接工程系。本文承蒙Milco团队成员协助完成。