CN102848101B - 一种用于铝合金电阻焊的二组元粉末铝热剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二组元粉末铝热剂，应用于铝合金材料的电阻点、凸焊。该二组元粉末铝热剂由ZnO粉末和Al粉末组成，其重量配比为：ZnO：10%～40%，Al：60%～90%。使用前将粉末铝热剂在80～100℃温度下真空干燥1～2小时，再加入丙酮搅拌混合均匀，并涂覆在待焊位置，涂覆厚度为0.5mm～1.0mm。在电阻点焊的电阻热的作用下，本粉末铝热剂发生铝热反应，释放出大量冶金反应热，作为焊接辅助热源。铝合金板材的电阻点焊过程中使用本粉末铝热剂可提高焊点强度28%～200%。因此，使用本粉末铝热剂后，相对较小的焊接电流施焊同样可以获得较大焊接电流施焊所能获得的焊点强度，即可减少铝合金材料电阻点焊过程中的电能消耗，具有较为理想的工程意义。

Description

一种用于铝合金电阻焊的二组元粉末铝热剂

技术领域

本发明涉及一种用于铝合金电阻点、凸焊的二组元粉末铝热剂，适用于铝合金板材，尤其是难焊铝合金材料的电阻点、凸焊。

背景技术

在诸多的焊接方法中，电阻焊（包括点焊、凸焊）被视为最重要的连接方法而被应用于车身结构及零部件的制造中。但是，与其它焊接方法相比，电阻焊能耗相对较高。在进行铝合金电阻焊时，由于铝合金具有较高的导热、导电性。因此，同样条件下产生电阻热相对较少，且大量的焊接热量被迅速传导到金属基体及周围环境中而损失掉，焊接时需要相对更高的焊接能量作用才能实现这类材料的高质量焊接。在实际焊接生产中，为了提供足够的电阻热量，铝合金等轻合金薄板结构的电阻点焊焊接电流通常为相同板厚低碳钢的3～5倍。因此，为了实现铝合金等轻合金薄板材料的高质量焊接，需要功率强大的电阻点焊机。这固然可以实现铝合金材料的可靠焊接，但在产品的生产制造环节，却需要消耗更多的电能。这无疑增大了能源消耗，增加了生产中的能源成本。

上述问题影响了铝合金电阻点焊技术在汽车制造中的实用性。因此，研究高效节能的铝合金电阻点焊新技术有利于促进铝合金等轻合金材料在新型汽车制造中的推广应用，推动铝合金材料应用在轿车轻型化和环保化等绿色理念中发挥出巨大潜力。

常规铝热剂通常由铝粉和氧化铁粉组成，主要用于钢铁等材料的铝热焊中。对于将铝热剂用于电阻点、凸焊铝合金材料，起到降低电能消耗，提高焊接效率的作用，在之前的各类文献资料中并未见相关报道。常规铝热剂用于电阻点、凸焊铝合金材料，由于电阻热的瞬时、点热源的特性，使常规铝热剂产生的热效率较低，难以发挥铝热剂的较大能效，易产生焊合率低、缩孔等缺陷，从而使其应用于电阻焊接铝合金效果较差。

发明内容

本发明提出的一种用于铝合金电阻点、凸焊的二组元粉末铝热剂，与现有的传统电阻焊技术相比，在电阻焊过程中，施加本发明提出的二组元粉末铝热剂于待焊位置，能够使其在电阻热作用下发生铝热反应，释放出大量冶金反应热，成为焊接辅助热源，弥补焊接电阻热的不足，从而在相对较小的焊接电流下施焊即可以获得相对更大的焊点强度，达到节能、高效的目的。

本发明提出的用于铝合金电阻点、凸焊的二组元粉末铝热剂，由ZnO粉末和Al粉末组成，其重量配比为：ZnO：10%～40%，Al：60%～90%，最优重量配比为ZnO：20%～30%，Al：70%～80%。

该铝热剂为粉末状，ZnO粉末粒度为250目，Al粉末粒度为200目，选用此粒度，具有最优的效果。使用前，将该粉末铝热剂在80～100℃温度下真空干燥1～2小时，再加入丙酮搅拌混合均匀。将粉末铝热剂均匀涂覆在待焊位置，待丙酮挥发后，即进行焊接。

该粉末铝热剂适用于铝合金材料的电阻点焊或电阻凸焊。

使用本发明的铝热剂，在电阻点、凸焊过程的电阻热的作用下，ZnO中的Zn被铝热剂中的Al还原，释放出大量冶金反应热。在电阻热和冶金反应热的共同作用下，使熔核尺寸进一步长大。由于该粉末铝热剂的添加，使熔核形核过程中拥有了更多的异质形核晶核，从而更有利于等轴树枝晶的形核和均匀分布，也促使等轴晶区得以增大。在上述效应下，焊点强韧性得到提高。在对2mm厚2024铝合金进行焊接的焊接电流为18000A～26000A的试验区间内，获得的焊点拉剪强度可提高28%～200%。因此，在高效率地利用电阻热和冶金反应热的情况下，相对较小的焊接电流施焊同样可以获得较大焊接电流施焊所能达到的焊接质量，从而减少了铝合金材料焊接过程中的电能消耗，在一定程度上实现生产制造环节的能源节约。

附图说明

图1是实施例1中采用18000A焊接电流无粉末铝热剂添加焊接2mm厚铝合金板所得熔核形貌。

图2是实施例1中采用18000A焊接电流无粉末铝热剂添加焊接2mm厚铝合金板所得熔核中心等轴树枝晶分布。

图3是实施例1中采用18000A焊接电流添加该粉末铝热剂焊接2mm厚铝合金板所得熔核形貌。

图4是实施例1中采用18000A焊接电流添加该粉末铝热剂焊接2mm厚铝合金板所得熔核中心等轴树枝晶分布。

图5是实施例2中采用18000A焊接电流添加该粉末铝热剂焊接2mm厚铝合金板所得熔核形貌。

图6是实施例2中采用18000A焊接电流添加该粉末铝热剂焊接2mm厚铝合金板所得熔核中心等轴树枝晶分布。

图7是实施例3中采用26000A焊接电流无粉末铝热剂添加焊接2mm厚铝合金板所得熔核形貌。

图8是实施例3中采用26000A焊接电流无粉末铝热剂添加焊接2mm厚铝合金板所得熔核中心等轴树枝晶分布。

图9是实施例3中采用26000A焊接电流添加该粉末铝热剂焊接2mm厚铝合金板所得熔核形貌。

图10是实施例3中采用26000A焊接电流添加该粉末铝热剂焊接2mm厚铝合金板所得熔核中心等轴树枝晶分布。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：对2mm厚2024铝合金板材进行电阻点焊。所采用的粉末铝热剂重量配比为：ZnO：20%，Al：80%。将粉末铝热剂在90℃温度下真空干燥1小时，再加入丙酮搅拌混合均匀。将粉末铝热剂均匀涂覆在待焊位置，涂覆厚度为0.8mm。待丙酮挥发后，设定焊接参数：焊接电流18000A，电极压力0.1MPa，焊接时间0.16s，进行焊接。

图1和图2分别为采用实施例1中的焊接工艺，并且无粉末铝热剂添加进行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等轴树枝晶分布。图3和图4分别为采用实施例1中的焊接工艺和粉末铝热剂进行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等轴树枝晶分布。可以看出添加粉末铝热剂增大了熔核尺寸，使熔核中心的等轴树枝晶分布更均匀。实验结果表明，采用实施例1中的焊接工艺，并且无粉末铝热剂添加进行焊接，得到的焊点拉剪强度为0.946kN，采用实施例1中的焊接工艺和粉末铝热剂进行焊接，得到的焊点拉剪强度为2.01kN，焊点强度提高了约112.5%。

实施例2：对2mm厚2024铝合金板材进行电阻点焊。所采用的粉末铝热剂重量配比为：ZnO：30%，Al：70%。将粉末铝热剂在90℃温度下真空干燥1小时，再加入丙酮搅拌混合均匀。将粉末铝热剂均匀涂覆在待焊位置，涂覆厚度为0.8mm。待丙酮挥发后，设定焊接参数：焊接电流18000A，电极压力0.1MPa，焊接时间0.16s，进行焊接。

图5和图6分别为采用实施例2中的焊接工艺和粉末铝热剂进行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等轴树枝晶分布。可以看出在熔核尺寸相似的情况下，添加粉末铝热剂使熔核中心的等轴树枝晶分布更均匀，且枝晶束得到细化。实验结果表明，采用实施例2中的焊接工艺，并且无粉末铝热剂添加进行焊接，得到的焊点拉剪强度为0.946kN，采用实施例2中的焊接工艺和粉末铝热剂进行焊接，得到的焊点拉剪强度为2.16kN，焊点强度提高了约128.3%。

实施例3：对2mm厚2024铝合金板材进行电阻点焊。所采用的粉末铝热剂重量配比为：ZnO：20%，Al：80%。将粉末铝热剂在90℃温度下真空干燥1小时，再加入丙酮搅拌混合均匀。将粉末铝热剂均匀涂覆在待焊位置，涂覆厚度为0.8mm。待丙酮挥发后，设定焊接参数：焊接电流26000A，电极压力0.1MPa，焊接时间0.16s，进行焊接。

图7和图8分别为采用实施例3中的焊接工艺，并且无粉末铝热剂添加进行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等轴树枝晶分布。图9和图10分别为采用实施例3中的焊接工艺和粉末铝热剂进行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等轴树枝晶分布。可以看出在熔核尺寸相似的情况下，添加粉末铝热剂使熔核中心的等轴树枝晶分布更均匀，且枝晶束得到细化。实验结果表明，采用实施例3中的焊接工艺，并且无粉末铝热剂添加进行焊接，得到的焊点拉剪强度为2.916kN，采用实施例3中的焊接工艺和粉末铝热剂进行焊接，得到的焊点拉剪强度为5.06kN，焊点强度提高了约73.5%。

Claims (2)

1.一种用于铝合金电阻焊的二组元粉末铝热剂，其特征在于：二组元粉末铝热剂由ZnO粉末和Al粉末组成，其重量配比为：ZnO：20%～30%，Al：70%～80%，所述ZnO粉末粒度为250目，Al粉末粒度为200目，该粉末铝热剂适用于电阻点焊或电阻凸焊铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的用于铝合金电阻焊的二组元粉末铝热剂，其特征在于：使用前将二组元粉末铝热剂在80～100℃温度下真空干燥1～2小时，再加入丙酮搅拌混合均匀，涂覆在待焊位置，涂覆厚度为0.5mm～1.0mm。