CN105149714A - 金属板无压痕胶焊连接方法 - Google Patents

Abstract

一种金属板无压痕胶焊连接方法，通过将混有金属颗粒的胶粘剂涂覆于水平放置的两层金属板之间，将两层金属板逐步通过施加有焊接电流的滚筒电极对之间，通过滚筒电极‐金属板‐金属颗粒之间形成闭合回路实现冶金连接，最后将胶粘剂固化处理后完成无压痕固接。本发明能够显著提高接头的剥离强度同时消除点焊压痕，同时亦可应用于异质金属板料的连接，处理后正拉强度可达到7000N左右。

Description

金属板无压痕胶焊连接方法

技术领域

本发明涉及的是一种汽车制造领域的技术，具体是一种金属板无压痕胶焊连接方法。

背景技术

胶粘连接以其质量轻、密封性好、剪切强度高、优秀的抗疲劳性能及均匀的应力分布，在汽车行业中有着广泛的应用，是车身制造过程中一项必不可少的连接工艺。同时，由于胶层的绝缘性，可以有效的防止因电位差而产生的电化学腐蚀，在当前多材料车身制造中显得尤为重要。然而，胶接接头其剥离强度相较于电阻点焊、铆接等连接方法，具有较差的剥离强度及接头延展性，受冲击时吸能性较差，容易发生脆性断裂，单独使用时存在巨大的安全风险。为了解决上述问题，尤其是提高胶接接头的剥离强度及其吸能性，汽车工业通常采用胶接与电阻点焊工艺复合工艺，即胶焊工艺。但是现有的胶焊工艺同样存在显著的缺点：1)胶焊工艺能量输入较高且十分集中，使得接头处有明显压痕导致表面不平整，导致车体美观程度降低。2)胶焊过程中由于胶层的绝缘性会增大接触电阻，使得相同工艺参数下生热量较大，加快电极磨损。3)焊接时的高热量输入会导致胶层局部烧蚀，形成空腔，造成缺陷。4)胶焊工艺仅适用于同种材质的金属间连接，对于熔点差异较大的异种金属连接如铝合金‐钢板，该工艺无法使用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种金属板无压痕胶焊连接方法，能够显著提高接头的剥离强度同时消除点焊压痕，同时亦可应用于异质金属板料的连接。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过将混有金属颗粒的胶粘剂涂覆于水平放置的两层金属板之间，将两层金属板逐步通过施加有焊接电流的滚筒电极对之间，通过滚筒电极‐金属板‐金属颗粒之间形成闭合回路实现冶金连接，最后将胶粘剂固化处理后完成无压痕固接。

所述的焊接电流为1000A‐10000A的直流或有效值为1000A‐10000A的交流电。

所述的金属板采用但不限于同种材料匹配(如钢‐钢组合)、异质材料匹配(如钢‐铝合金组合)。

所述的金属颗粒的材质为轻金属、黑色金属或其合金，或以轻金属、黑色金属或其合金为基体组成的金属基复合材料，其粒度为0.30mm‐2mm。

进一步地，所述的金属颗粒优选为与所述金属板相同的金属或能够与所述金属板形成钎焊的焊料或能够与所述金属板形成固溶或金属间化合物的金属或导电热熔胶材。

所述的胶粘剂，采用但不限于针对汽车工业特定固化条件的热固性树脂类结构胶粘剂、密封胶或较高分解温度的热塑性胶粘剂、密封胶或发泡胶，该胶粘剂的成分包括但不限于：醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯酯、乙烯‐亚乙烯共聚物、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇、聚酰胺、丙烯酸、聚苯醚、氰基丙烯酸酯、聚酯、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、间苯二酚和苯酚‐间苯二酚‐甲醛共聚物、环氧树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、丙烯酸、丙烯腈‐二元酸酯、天然橡胶、再生橡胶、丁基橡胶等橡胶类、环氧‐酚醛、环氧‐聚硫、环氧‐聚酰胺胶粘剂中的一种或其组合。

所述的混有金属颗粒的胶粘剂，通过依照金属颗粒的大小或密度，在真空环境下搅拌以均匀分布于胶粘剂中。

所述的搅拌，优选为离心搅拌。

所述的滚筒电极对的间距依照板料厚度及胶层直径选择，优选为：间距d＝T₁+T₂+a*h，其中：T₁及T₂分别为被连接板料的厚度，h为所涂覆胶层的厚度，a为压入系数，该系数根据板料材质、金属颗粒材质及尺寸以及工艺要求确定，优选为0.5～1，以确保金属颗粒适可以当变形且不至过量压缩胶层。

进一步地，所述的滚筒电极对的表面首选是光滑的，也可以是设有凸起或花纹以增加表面接触或局部压力，优选地在逐步通过过程中对金属板施加可变的压力，该压力在焊接过程中可依照程序设定加以调节改变且满足在焊接过程中所述压入系数的变化量小于等于±10％。

所述的凸起，其形状采用但不限于半球形或圆台形。

所述的涂覆，其厚度大于等于所述金属颗粒的最大直径，且在固化处理前其厚度小于等于所述金属颗粒的最大直径。

技术效果

与现有技术相比，本发明在传统的胶接工艺之前采用了以多个金属颗粒为连接介质的点焊工艺，从而形成了板料之间的通电熔化后的焊接接头，同时在连接区域涂覆胶粘剂，形成胶接接头，充分利用了点焊强度高，胶接抗疲劳、抗腐蚀性能优良的特点，能够利用多种金属焊接，减少压痕并提高接头性能。如果应用于汽车车身连接生产线，不仅能够大幅度减少压痕从而降低后续工艺的复杂程度，还可以防止胶层烧损，降低成本，提高经济性。

附图说明

图1为本发明工艺示意图；

图中：(a)胶粘剂及金属颗粒的涂覆方式，(b)胶条及金属颗粒的使用方式，(c)本发明的工艺示意图；1为被连接金属板，2为胶粘剂，3为金属颗粒，4为胶条，5为滚筒电极，6为焊接电源。

图2为按实施例1操作后试样截面图；

图中：7为实施例1中所述之镀锌钢板，8为焊接完成后的金属颗粒，9为固化后胶层，10为金属颗粒与母材形成的金属间化合物层。

图3为按实施例2操作后的截面图；

图中：11为实施例2中所述之铝合金板，12为镀锌钢板，13为固化后胶层，14为焊接后金属颗粒，15为金属颗粒与钢板侧形成的金属间化合物层，16为金属颗粒与铝板熔融后形成的焊接区域。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例的上层金属板1为宝钢产2mm厚汽车用冲压镀锌钢板，下层金属板1同为宝钢产2mm厚汽车用冲压镀锌钢板，板件厚度匹配：2mm+2mm，金属颗粒2的直径为0.35mm，其材质为某型锌锡铜钎料，胶粘剂3为汉高5016型环氧‐聚氨酯类结构胶粘剂，滚轮电极选择光滑表面。

工艺参数：焊接电流为6000A，通电设备为某型中频直流焊机，焊接速度0.2m/min。

本实施例工艺过程如图1a)～c)所示：

1)注胶枪移动到金属板1待胶接区域上方，挤压注胶枪使一定量的混有金属颗粒2的结构胶3落在金属板上，通过注胶枪不断运动使胶粘剂3涂覆到待连接表面。

2)将上层金属板盖到已涂胶的板料1上，完成板料的匹配和定位。

3)通过滚动电极5对接头的上下两层板料施加压力，具体为：采用压力恒定为150MPa，压入比维持在75％左右，以确保板料1和金属颗粒3之间形成良好的接触。

4)启动主机电源6并开始焊接过程，电极5在主机电源6控制下根据工艺需求设定好的电阻缝焊及凸焊模式、焊接电流、焊接电压以及行进速度完成焊接过程，施加的电流会熔化金属颗粒2与板料1的接触部分，从而在区域内各小颗粒2处形成良好点焊接头。

5)加热固化，根据胶粘剂3的性质选择固化温度和固化时间，将通电焊接完成后的初步形成的接头放置在固化环境中处理，从而产生良好胶接焊接复合接头，完成胶接与点焊复合连接工艺。

如图2所示，压力为150MPa时，金属颗粒在板间及胶层中的形貌。由图可见球形金属颗粒经预压及焊接融化后形状已经变化为圆饼形，同时分别与上下两层母材形成金属间化合物。

实施例2

本实施例的上层金属板1为1.6mm厚AA6061‐T6型铝合金板，下层金属板1为宝钢产2mm厚汽车用冲压镀锌钢板，板件厚度匹配：1.6mm+2mm，金属颗粒2的直径为0.76mm，其材质为铝硅钎料，胶粘剂3为陶氏1486型环氧类结构胶粘剂，滚轮电极选择光滑表面。

工艺参数：焊接电流为4000A，通电设备为某型中频直流焊机，焊接速度0.1m/min。

本实施例工艺过程如图1a)～c)所示：

1)注胶枪移动到金属板1待胶接区域上方，挤压注胶枪使一定量的混有金属颗粒2的结构胶3落在金属板上，通过注胶枪不断运动使胶粘剂3涂覆到待连接表面。

2)将上层金属板盖到已涂胶的板料1上，完成板料的匹配和定位。

3)先使用夹具装夹板料的一端，然后将一对电极滚轮压上，通过滚动电极5对接头的上下两层板料施加压力，实施时压力为200MPa，胶层厚度控制在初始厚度的90％左右，以确保板料1和金属颗粒2之间形成良好的接触。

4)启动主机电源6并开始焊接过程，电极5在主机电源6控制下根据工艺需求设定好的电阻缝焊及凸焊模式、焊接电流、焊接电压以及行进速度完成焊接过程，施加的电流会熔化金属颗粒2与板料1的接触部分，从而在区域内各小颗粒2处形成良好点焊接头。

5)加热固化，根据胶粘剂的性质选择固化温度和固化时间，将通电焊接完成后的初步形成的接头放置在固化环境中处理，从而产生良好胶接焊接复合接头，完成胶接与点焊复合连接工艺。

如图3所示，金属颗粒在板间及胶层中的形貌。由图可见球形金属颗粒经预压及焊接融化后形状已经变化为圆饼形，同时与铝板侧熔融，形成焊接区域；又与钢板侧形成金属间化合物层。

试验后，截取40mmX40mm见方的连接区域进行了正拉强度测试，结果如表1所示，可见本发明与现有技术相比其正拉强度可达到10000N左右，显著提高了焊接强度。

表1为实施例2相对于纯胶接及纯钎焊正拉强度对比示意。

Claims (10)

1.一种金属板无压痕胶焊连接方法，其特征在于，通过将混有金属颗粒的胶粘剂涂覆于水平放置的两层金属板之间，将两层金属板逐步通过施加有焊接电流的滚筒电极对之间，通过滚筒电极‐金属板‐金属颗粒之间形成闭合回路实现冶金连接，最后将胶粘剂固化处理后完成无压痕固接；

所述的滚筒电极对的间距d＝T₁+T₂+a*h，其中：T₁及T₂分别为被连接板料的厚度，h为所涂覆胶层的厚度，a为压入系数。

2.根据权利要求1所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的焊接电流为1000A‐10000A的直流或有效值为1000A‐10000A的交流电。

3.根据权利要求1所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的金属颗粒的粒度为0.30mm‐2mm。

4.根据权利要求1或3所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的金属颗粒为与所述金属板相同的金属或能够与所述金属板形成钎焊的焊料或能够与所述金属板形成固溶或金属见化合物的金属或导电热熔胶材。

5.根据权利要求1所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的胶粘剂的成分包括：醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯酯、乙烯‐亚乙烯共聚物、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇、聚酰胺、丙烯酸、聚苯醚、氰基丙烯酸酯、聚酯、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、间苯二酚和苯酚‐间苯二酚‐甲醛共聚物、环氧树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、丙烯酸、丙烯腈‐二元酸酯、天然橡胶、再生橡胶、丁基橡胶等橡胶类、环氧‐酚醛、环氧‐聚硫、环氧‐聚酰胺胶粘剂中的一种或其组合。

6.根据权利要求1或3或5所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的混有金属颗粒的胶粘剂，通过依照金属颗粒的大小或密度，在真空环境下搅拌以均匀分布于胶粘剂中。

7.根据权利要求1所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的压入系数为0.5～1。

8.根据权利要求1所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的滚筒电极对的表面光滑，或表面设有凸起或花纹以增加表面接触或局部压力。

9.根据权利要求1或7所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的滚筒电极对在逐步通过过程中对金属板施加可变的压力，该压力满足在焊接过程中所述压入系数的变化量小于等于±10％。

10.根据权利要求1所述的金属板无压痕胶焊连接方法，其特征是，所述的涂覆，其厚度大于等于所述金属颗粒的最大直径，且在固化处理前其厚度小于等于所述金属颗粒的最大直径。