CN103357999A - 一种针对不匹配材料的电阻焊、螺柱焊焊接技术 - Google Patents

Abstract

一种电阻焊、螺柱焊焊接技术，两个不匹配的材料进行焊接——材料间的厚度或者截面尺寸明显不一致，通过对较厚、截面尺寸较大的材料的焊接部位进行表面粗糙化处理，可以提高材料的焊接性；两个焊接材料的厚度或者直径虽然匹配，但材料均较厚度或者截面尺寸均较大时，通过同时对参与焊接材料的焊接部位进行粗糙化处理，不仅能提高材料的焊接性，同时还能降低对电能的消耗。对于电阻焊焊接难度较大的金属如铝及其铝合金等，也能提高其焊接性。金属表面粗糙化处理通过切屑、锻压等方式实现的，对影向焊接的镀层——如表面镀锌等，还有一定的清除作用。

Description

一种针对不匹配材料的电阻焊、螺柱焊焊接技术

技术领域

本发明涉及一种电阻焊和螺柱焊焊接技术。其特点是，能提高不同厚度板材之间，不同尺寸棒材（圆形、矩形）之间的焊接强度和焊接稳定性。对相近厚度板材之间、相近尺寸棒材之间（特别是厚度、直径大的材料）的焊接，在提高其焊接性前提下，降低电能的消耗。同时能提高焊接设备对电网电流、电压波动的适应能力。

背景技术

电阻点焊，能实现薄板（通常是3mm以内）之间的焊接，因此在汽车白车身制造领域得到很广泛的运用。对两层板、三层板的焊接有良好的焊接性能。但对四层及以上板材的焊接就比较困难。理想状态下，电阻点焊焊接时板材与板材之间的厚度最好相等或基本相等，原因是，焊接时，板材在上电极和下电极之间，电流从电极的一端经过板材流向另一端，在此过程中板材受热，此时再对板材施以顶锻力，板材就焊接在一起。焊接时热量的大小取决于电流值的大小、焊接时间的长短、板材本身的电阻率（还有接触电阻等）等因素。跟板材的厚度关系不大，但板材越厚，达到焊接温度所需的热量就越多，相反板材越薄，达到焊接温度所需的热量就越小。因此不同厚度板材焊接时所需的热量也就不同。但在现实生产中，不等厚板——比如1.0mm与1.6mm板材之间的焊接就非常普遍。为了实现不等厚板之间的焊接，在设计焊接参数时，往往会以较厚板为参照。但在焊接强度检测中，却是以较薄板的剪切力为准。这就造成了对电能的浪费，同时较薄侧的板由于热量过高还会导致明显的凹坑。当板间厚度比悬殊到2:1（其中一个板厚是另一个的两倍左右）时，薄板侧的凹坑会更加明显，甚至接近于薄板侧的板厚度。如果板间厚度悬殊继续扩大，到3:1以上时，则焊接难度会更大甚至无法焊接。电阻点焊的三层板焊接，不同厚度的板材焊接时需要的热量差异，再加上板材的层数增加，对电能的消耗，焊接外观（薄板侧出现凹坑），焊接强度的不稳定性等不利因素更加突出。

在汽车白车身制造领域，为防止车身锈蚀，镀锌板的运用已经成为车身制造的主流，由于锌的电阻比铁低(锌的电阻率是5.196，铁是9.71)。在相同焊接参数进行焊接时产生的热量会降低，同时锌这种金属本身也会影响其焊接性。

电阻凸焊，就是将工件的待焊接处加工成一定形状的凸点，再对工件进行焊接的一种焊接工艺。凸焊螺母、凸焊螺栓是最常用的电阻凸焊类型之一。由于凸焊螺母、凸焊螺栓的种类多种多样，与之焊接的板材根据实际需要厚度也存在很大差异。在凸焊螺母和凸焊螺栓时，常存在板材与螺母，螺栓不匹配的现象，其机理跟电阻点焊时板材之间厚度的差异相似。比如M6的普通凸焊用螺母（不带圆盘）与4mm厚的板材，焊接起来就很困难。原因就是M6的螺母太小，其承受的热量不足以使4mm的板材到达焊接所需的温度，如果再强行增加焊接电流或延长焊接时间， M6的螺母由于受热过高，再加上焊接时施加在螺母上的顶锻力，M6的螺母就会被压塌。为了解决凸焊用螺母与板材厚度不匹配的问题，往往会采取将凸点体积加大，或者将凸点侧增加圆盘的方法。但这样一来，一则会增加螺母的制作成本，二则消耗的电能也会随之增加。

为了使厚度差异大的板材之间实现焊接，有时会在较薄的板上加工一些凸点，再与较厚的板进行焊接，这是电阻凸焊的另一种形式，但如果薄板与厚板的厚度差距继续扩大，焊接不牢的问题依然存在。

电阻对焊（闪光对焊）：就是实现两棒材（断面为圆形、矩形等）之间的对接，在棒材规格（断面尺寸）相同或相近的情况下，电阻对焊能形成很好的焊接接头。但如果棒材断面尺寸相差很大，比如直径30mm与直径5mm棒材进行电阻对焊，焊接起来就很困难，因为直径30mm的棒材达到焊接温度所需要的热量和直径为5mm的棒材达到焊接温度所需要的热量根本就不在一个量级。在电阻对焊时，参与焊接的两个工件处在同一电路，焊接电流和焊接时间是一样，电阻方面，由焊接工件本身的材质所决定，通常情况下，参与焊接的两个工件材质基本一致。所以两个工件产生的热量也基本相同，但30mm棒材达到焊接温度所需的热量肯定比5mm棒材达到焊接温度的热量高很多，因此两者进行焊接的难度可想而知。

电阻缝焊：电阻缝焊就是对板材的搭接接头形成连续的焊缝，当参与焊接的板材之间的厚度比相差很大,或者板材的厚度均很厚时，焊接也会变得很困难。

螺柱焊：螺柱焊就是利用电弧热实现螺柱（或者螺栓）与板材的连接。焊接时，焊接难度会随着板材的增厚而增加。

低电阻金属（如铝及其合金）和高熔点金属（如钨及其合金）的电阻焊焊接：对于电阻低的金属，焊接时产生的热量就少，不仅焊接难度较大，且消耗的电能也会增加。对于高熔点金属，焊接时所需的热量就高，其焊接难度和耗电量也同样会增加。

发明内容

为了克服现有的电阻焊、螺柱焊由于焊接材料不匹配，或者由于金属本身电阻低，熔点高的特性，导致焊接困难、甚至无法焊接的问题。本发明提供一种焊接方法，能实现（或者提高）不匹配材料之间的焊接（或者稳定性）。

注：本文所说的不匹配是指：在电阻焊或者螺柱焊中，参与焊接的板材之间的厚度比在2：1以上；棒材之间的端面尺寸比在2：1以上；或者以此为参照，参与焊接的材料中形成焊点、焊缝的部位的物体特征（ 厚度、直径等）明显不一致的情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在焊接之前，将金属焊接时形成焊点或焊缝的那部分金属的表面进行加工处理。具体方法是：在金属表面沿横向或者纵向、再或者同时在横向和纵向将金属加工若干间距一致的小凹槽（或者凸起）。小凹槽（或者凸起）的深度（高度）、宽度和间距约在0.02mm至5mm之间。具体尺寸并不固定，而是根据材料的厚度和焊点、焊缝的大小决定，为了保证材料的强度和效果，小凹槽（凸起）的深度最好在板材厚度（或直径）的1/10以内。为了便于表达，本文将上诉金属表面的处理方法称之为表面粗糙化处理。

金属的表面经过粗糙化处理后，金属焊接时由以前的平面与平面的焊接变为若干个独立的小凸点与一个平面的焊接，或者是若干个小凸点与小凸点的焊接。其好处在于：1、细小而独立的接触点在焊接时，金属达到焊接温度所需的热量会明显减小。2、金属表面变得粗糙，焊接时的接触电阻就会增加，在其他焊接参数如焊接电流、焊接时间等不变的情况下，获得的热量就会增加。比如1mm的板材与3mm的板材进行焊接，焊接前对3mm板的焊接部位进行表面粗糙化处理，焊接时由于3mm板经过粗糙化处理，该部位达到焊接所需要的热量就会减少，焊接就变得更加容易。如果我们对两块厚度均为4mm的板材进行表面粗糙化处理后再进行焊接，经过粗糙化处理的板材所需的热量减小，同时由于接触电阻的增加又使焊接时产生更多的热量，这一减一加，不但使焊接变得更加容易，同时也降低了对电能消耗。所以，经过表面粗糙化处理的金属，其焊接性将会得到明显提高，不但焊接强度和稳定性会得到很大改善，对电能的消耗也会降低，同时也提高了焊接时电网中电流电压不稳定的适应能力。

本发明的有益效果是：金属经过表面粗糙化处理后进行焊接，使金属达到焊接所需要的温度降低，同时提高焊接时的接触电阻使产生的热量增加。在对参与焊接的材料间不匹配时，对较粗、或者较厚的材料进行表面粗糙化处理后，再与较细、或者较薄的材料进行焊接，其焊接性会得到明显提高。对焊接材料的厚度、截面尺寸均较大的，对焊接材料惊醒表面粗糙化处理，不但能提高材料的焊接性，还能降低对电能的消耗，达到节能的目的。

对于电阻较低、熔点较大等不易焊接的材料如铝及其合金、钨及其合金等也能达到同样的效果。

金属表面粗糙化处理通过切屑、锻压等方式实现的，对影向焊接的镀层——如表面镀锌等，还有一定的清除作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是板材表面只有纵向或者横向经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图2是板材表面纵向和横向两个方向都经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图3是板材表面局部仅横向经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图4是板材表面局部仅纵向经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图5是板材表面局部纵向和横向都经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图6是凸焊螺栓的凸点经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图7是矩形棒材表面经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图8是圆形棒材端部经过粗糙化处理（凹槽）后的示意图。

图9是金属表面经过粗糙化处理（凸起）后的示意图。

注：上文中的“凹槽”、“凸起”是指金属表面粗糙化处理的不同加工方式，“凹槽”是指通过切削、锻造等方式获得，“凸起”是指通过3D打印的方式获得。

具体实施方式

电阻点焊：两层板的焊接，将较厚板的焊接面进行粗糙化处理后（如图1、图2），再进行焊接。如果板材都较厚，则分别将板材的焊接面作粗糙化处理，再进行焊接。三层板、四层板的焊接，将所有焊接面的板材进行粗糙化处理（中间的板材上下两面都进行粗糙化处理，外面两侧的板材只对焊接面作粗糙化处理，较薄的板材可以不作粗糙化处理）后，再进行焊接。

电阻凸焊：焊接时，可以只对板材的焊接面作粗糙化处理（如图3、图4、图5），也可以只对螺母（如图6）的凸点作粗糙化处理，还可以同时对板材和凸焊螺母（或螺栓）的凸点进行粗糙化处理，具体视板材的厚度、凸点的大小而定。

电阻对焊：焊接时，对直径较大的棒材端部作粗糙化处理（如图8），若焊接的两段棒材直径均较大，则分别对两段棒材作粗糙化处理。

电阻缝焊：根据材料厚度和焊接层数决定对焊材进行粗糙化处理。

螺柱焊：根据板材厚度（或者截面尺寸）、螺柱（螺栓）规格决定对焊材进行粗糙化处理。

其他：金属网、框等的焊接，这类产品是由棒材（或线材）经过电阻焊焊接而成——焊接接头多为十字型的搭接，焊接时对焊接部位进行粗糙化处理，然后进行焊接。粗糙化处理时，根据棒材截面尺寸的大小决定只对一侧的棒材进行处理，还是对两侧的棒材均进行处理。

以上所诉仅为本发明的较佳实施例，并不以上诉实施例为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电阻焊、螺柱焊焊接技术，其特征是：焊接时，先对金属间参与焊接的各表面进行粗糙化处理。

2.根据权利要求1所述的焊接技术，其特征是：可以对参与焊接金属的所有表面进行粗糙化处理，也可以只对其中的一个或者几个表面进行粗糙化处理。

Images