CN102441731B - 一种提高铝合金点焊电极寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及点焊电极，具体而言为涉及一种提高铝合金点焊电极寿命的方法。其特征是：对待焊铝合金板上要与电极接触部分进行研磨并涂上石墨-机油涂料，然后让电极以1~100mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，完成后换另一待焊点重复以上操作，可以保证点焊电极具有较长的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及点焊电极，具体而言为涉及一种提高铝合金点焊电极寿命的方法。
技术背景
点焊是一种高速经济的连接方法，适用于接头不要求气密、厚度较小的薄板构件，点焊过程由预压、焊接、维持和休止四个基本程序组成，必要时可增附加程序；目前点焊时主要采用锥台形和球面形两种电极，锥台形的端面直径d或球面形的端部圆弧半径R的大小，决定了电极与焊件接触面积的多少，在同等电流时，它决定了电流密度大小和电极压强分布范围；一般选用比期望获得的熔核直径大20%左右的工作面直径所需的端部尺寸，电极压力的大小一方面影响电阻的数值，从而影响析热量的多少，另一方面影响焊件向电极的散热情况，通电时间的长短直接影响输入热量的大小，在目前广为采用的同期控制点焊机上，通电时间是周(我国一周为20ms)的整倍数，在点焊过程中，析出热量与电流的平方成正比，所以焊接电流对焊点性能影响最敏感，另外，点焊样品的形状、尺寸、表面状态等对点焊工艺参数的选择有影响。
与低碳钢等传统材料相比，电阻点焊连接工艺在铝合金薄板结构件生产中远没得到广泛应用，其中，铝合金电阻点焊中的电极烧损(电极寿命低、飞溅大、焊点表面成形差)和点焊接头质量不稳定等问题，是限制该工艺推广应用的主要原因，对于低碳钢点焊，电极寿命可以达到几千个焊点，而点焊铝合金一般仅能达到几十个焊点，为了提高电极使用寿命，李青松等人（铝合金电阻点焊电极延寿技术的研究，电焊机，2009，39（7））研究了机油、机油和碳化硼对点焊上电极表面磨损、腐蚀的影响，分析认为：一方面有机油可以起到散热的作用，降低上电极和工件接触面之间的温度，从而减小了铜电极在压力作用下的塑性变形；另一方面，有机油在一定程度上减少了铜、铝的接触，降低了铜铝之间的扩散速度，进而减轻了铜铝合金化，故有机油能较好地保护上电极，减小上电极的磨损腐蚀，延长电极使用寿命，他们的研究表明：在铝合金表面加入有机油和碳化硼的效果最好，电极磨损最轻，铝合金点焊可以达到100~200次。
然而，与低碳钢的点焊连接相比，上述措施的效果仍不显著，因此，如何在现有技术基础上，进一步提高电极使用寿命，减少非导电性介质的影响，防止电极-铝板之间起弧，是需要进一步研究的关键。
发明内容
本发明提出一种提高铝合金点焊电极寿命的方法，其基本原理是：采用油性隔离层，减少电极与铝合金的直接接触，同时添加适量的石墨，有效实现电极-铝合金之间的导通，以避免在电极-铝合金之间的界面上形成电弧放电，同时油性介质和石墨颗粒还可以起到良好的润滑作用，减轻电极在使用过程中的磨损。
为了实现上述目标，还需要同时对铝合金表面实现研磨，以去除氧化膜，减少打弧的可能，并适当降低电极的（接触）作用速度，以避免电极与铝板表面的直接接触，因为在温度升高时，电极材料容易通过扩散与铝合金形成低熔点金属间化合物，或者形成固溶体降低体系的熔化温度，所以避免电极与铝板表面的直接接触也非常重要，立即在研磨过的铝合金表面上涂石墨-机油涂料也可以有效防止铝合金表面氧化，并可以对电极起到冷却作用。
具体而言为，本发明提出一种提高铝合金点焊电极寿命的方法，其特征是：对待焊铝合金板上要与电极接触部分进行研磨并涂上石墨-机油涂料，然后让电极以1~100mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，完成后换另一待焊点重复以上操作。
所述的研磨是指，采用800#以上砂纸或砂轮对待焊铝板与电极接触部分进行打磨，直至去除表面的氧化膜，并清除磨屑。
所述的石墨-机油涂料是指，采用结冰点温度不高于-10℃且100℃时粘度等级不低于30的机油为分散剂，和粒径在0.2~2.0μm的鳞片状石墨颗粒配制成的含石墨2~6wt%的涂料。
所述的通电流点焊是指，采用电容电压200~400V、焊接电流8000~40000A、焊接时间0.02~0.04s，电极压力500~3000N。
从上述原理和方法可以看出，本发明很好地避免了电极-铝合金界面出现打弧的现象，同时避免了电极与铝合金在高温下的直接接触，降低了铜、铝相互扩散和形成金属间化合物的可能，有效提高了电极的使用寿命，除此以外，本发明还具有以下优势：
1、工艺简单，易于实现自动化：通过分工序操作，可以实现上涂料—点焊—清除涂料等工序的自动操作，大大提高了生产率，并有效减轻了工人的劳动强度。
2、成本低廉，适应不同场合的需求：本发明涉及的方法中采用的石墨和机油，均来源广、成本低，不仅适合批量规模化应用，多品种小批量甚至单件操作也非常容易实现。
附图说明
图1电极表面的光镜照片；
（a）未刷涂料50次后电极，（b）刷涂料500次后电极。
具体实施方式
本发明可以根据以下实例实施，但不限于以下实例，在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围，在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
实施例1
待焊2024铝合金板厚度0.5mm，采用800#砂纸或砂轮对待焊铝板与电极接触部分进行打磨，直至去除表面的氧化膜，并清除磨屑，给研磨过的铝合金板上要与电极接触部分涂上石墨-机油涂料，石墨-机油涂料以20W-30机油为分散剂，其中含鳞片状石墨2wt%，石墨颗粒粒径0.2μm，然后让电极以1mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，采用电容电压200V、焊接电流8000A、焊接时间0.04s，电极压力500N，完成后换另一待焊点，重复以上操作500次。
图1为不同电极表面的光镜照片，从图中可以看出，未刷涂料50次后电极表面已经出现破坏，而刷涂料500次后电极表面仍没有明显的破坏，电极出现破坏容易影响铝合金板上电焊点的质量，未刷涂料50次，铝合金板上电焊点出现高低不平的现象，而刷涂料后即使500次铝合金板上电焊点也没有明显的破坏。这充分说明采用本发明的技术方法取得了预期的效果。
实施例2
待焊LF6铝合金板厚度0.8mm，采用1000#砂纸或砂轮对待焊铝板与电极接触部分进行打磨，直至去除表面的氧化膜，并清除磨屑，给研磨过的铝合金板上要与电极接触部分涂上石墨-机油涂料，石墨-机油涂料以10W-40机油为分散剂，其中含鳞片状石墨4wt%，石墨颗粒粒径0.8μm，然后让电极以30mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，采用电容电压300V、焊接电流15000A、焊接时间0.02s，电极压力1200N，完成后换另一待焊点，重复以上操作600次，点焊电极表面仍没有明显破坏。
实施例3
待焊的6061铝合金板厚度1.2mm。采用1000#砂纸或砂轮对待焊铝板与电极接触部分进行打磨，直至去除表面的氧化膜，并清除磨屑，给研磨过的铝合金板上要与电极接触部分涂上石墨-机油涂料，石墨-机油涂料以15W-50机油为分散剂，其中含鳞片状石墨5wt%，石墨颗粒粒径1.2μm，然后让电极以60mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，采用电容电压350V、焊接电流30000A、焊接时间0.03s，电极压力2000N，完成后换另一待焊点，重复以上操作700次，点焊电极表面仍没有明显破坏。
实施例4
待焊LF21铝合金板厚度1.5mm，采用1000#砂纸或砂轮对待焊铝板与电极接触部分进行打磨，直至去除表面的氧化膜，并清除磨屑，给研磨过的铝合金板上要与电极接触部分涂上石墨-机油涂料，石墨-机油涂料以5W-30机油为分散剂，其中含鳞片状石墨6wt%，石墨颗粒粒径2.0μm，然后让电极以100mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，采用电容电压400V、焊接电流40000A、焊接时间0.02s，电极压力3000N，完成后换另一待焊点，重复以上操作，点焊800次电极表面仍没有明显破坏。
Claims (3)
1.一种提高铝合金点焊电极寿命的方法，其特征是：对待焊铝合金板上要与电极接触部分进行研磨并涂上石墨-机油涂料，然后让电极以1~100mm/s的移动速度与待焊铝合金板接触，将待焊铝合金板夹持在点焊电极之间，通电流点焊，完成后换另一待焊点重复以上操作；所述的石墨-机油涂料是指，采用结冰点温度不高于-10℃且100℃时粘度等级不低于30的机油为分散剂，和粒径在0.2~2.0μm的鳞片状石墨颗粒配制成的含石墨2~6wt%的涂料。
2.如权利要求1所述的一种提高铝合金点焊电极寿命的方法，其特征是：所述的研磨是指，采用800#以上砂纸或砂轮对待焊铝板与电极接触部分进行打磨，直至去除表面的氧化膜，并清除磨屑。
3.如权利要求1所述的一种提高铝合金点焊电极寿命的方法，其特征是：所述的通电流点焊是指，采用电容电压200~400V、焊接电流8000~40000A、焊接时间0.02~0.04s，电极压力500~3000N。
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