CN105798411A - 铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置 - Google Patents

铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置 Download PDF

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Abstract

铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置，其方法的步骤为：加工铝合金端面，将母材安装在绝缘滑动焊接装置上，用螺栓连接电极和母材；采用片状钎料放置在待焊凹槽内，钎料厚度为0.1~1 mm；设置电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为2~2.5 KA，焊接时间为10~50 CYC，第二阶段焊接电流为3~9.5 KA，焊接时间为750~1500 CYC，其过程中施加超声波，焊接压力为150~240 KN；启动电阻钎焊，随后让焊件自然冷却；绝缘滑动焊接装置，通过螺栓连接基体（1）与导轨（2），滑动部分由导轨（2）、上滑块（3）和下滑块（3ˊ）组成，导轨（2）上有上滑块（3）和下滑块（3ˊ），上滑块（3）和下滑块（3ˊ）的右表面（M3）平整，与基体（1）的右表面（M1）平行；绝缘帽（6）的轴心线（OOˊ）与绝缘板（4）的右表面（M4）所在的平面垂直。

Description

铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置
技术领域
本发明涉及铝合金钎焊技术，尤其是超声电阻复合钎焊铝合金/电阻钎焊技术。
背景技术
铝合金具有密度小、比强度高和耐腐蚀等优点，广泛应用于汽车、铁路车辆、航空航天等领域。钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有焊件变形小、尺寸精度高、外形美观、生产率高等优点，在工业生产中得到了广泛应用。但常规钎焊方法热输入量较大，母材软化现象严重，而且使用钎剂易造成焊接气氛污染，遗留的钎剂影响接头光洁度和美观。
目前采用搭接接头的电阻钎焊方法较为广泛，而对接件的电阻钎焊方法一般使用特定的焊接装置，对钎焊处施加一定的压力，随后通入大电流，使放置在中间部位的钎料熔化，形成焊接接头。通常采用电阻点焊焊接铝合金时，需要使用＞15KA的焊接电流才能形成较为完好的焊接接头，但焊接接头形式仍然选用的是搭接接头，焊点较小，焊点表面凹陷。
现有的电阻钎焊技术中，焊接过程中将产生爆破现象，使得较多的钎料迸出钎缝。而且得到的钎缝较窄，接头焊合率低，从而影响焊接接头强度。
在钎焊领域中，电阻钎焊可分为直接加热电阻钎焊和间接加热电阻钎焊两种方式。直接加热电阻钎焊的电流垂直通过钎焊面形成回路，现有技术中，这种方法采用电阻点焊的两个电极和加压装置将上下两个母材压紧，然后通电进行焊接。间接加热电阻钎焊电流不垂直通过钎焊面，电流只通过其中一个工件或与工件的接触的加热块，现有技术中，采用电阻点焊的两个电极和加压装置将一个工件压紧通电，或采用两个独立的电极，将一个工件放置在两个电极上。
现有的直接加热电阻钎焊，需要采用大电流短时间的硬规范的焊接工艺进行焊接。但在大电流短时间的焊接工艺下，易造成焊接电流通过工件与试验台、底座等问题，从而导致焊接失败。焊接时，通过电阻焊机上下电极单纯施加压力将搭接的两工件压紧，易使工件表面会产生较为明显的压痕，焊接结合面积小，直接影响焊接强度。
现有的超声波辅助电阻钎焊装置，工件采用搭接的焊接接头，超声波变幅杆对上工件和下工件施加压力，但此种焊接方式因人为因素易导致对上下工件之间的压力的大小不精确，影响焊接工艺参数，超声波通过工件输入到钎缝。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置。
本发明是铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置，铝合金超声电阻复合对接钎焊方法，其步骤为：
（1）加工铝合金端面，将母材安装在绝缘滑动焊接装置上，用螺栓连接电极和母材；
（2）采用片状钎料放置在下工件5'的焊接接头的待焊凹槽内，钎料厚度为0.1~1mm；
（3）设置电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为2~2.5KA，焊接时间为10~50CYC，第二阶段焊接电流为3~9.5KA，焊接时间为750~1500CYC，其过程中施加超声波，焊接压力为150~240KN；
（4）启动电阻钎焊，随后让焊件自然冷却。
用于上述铝合金超声电阻复合对接钎焊方法的绝缘滑动焊接装置，包括滑动部分、绝缘部分和基体1，通过螺栓连接基体1与导轨2，滑动部分由导轨2、上滑块3和下滑块3'组成，导轨2上有上滑块3和下滑块3'，上滑块3和下滑块3'的右表面M3平整，与基体1的右表面M1平行；绝缘部分由上绝缘板4、下绝缘板4'和绝缘帽6组成，绝缘帽6的轴心线OO'与绝缘板4的右表面M4所在的平面垂直。
本发明的方法的有益效果是降低了热输入量，减少母材软化现象，用超声波代替钎剂。大大降低了焊接电流，改善了焊接接头表面平整度。防止了爆破的发生，而且得到了较宽的钎缝，提高了接头焊合率和焊接接头强度。本发明的装置的优点是结构紧凑、合理，使用方便、可靠，成本较低。能够避免焊接造成的压痕，确保电流流过工件达到焊接，精确焊接压力，减少超声波衰减。
附图说明
图1是实施例2的铝合金电阻钎焊金相组织图，图2是下工件5'的焊接接头结构的俯视图，图3是图2焊接接头结构的主视图，图4是绝缘滑动焊接装置的结构示意图，图5是P-P剖面图，图6绝缘帽的结构示意图。
具体实施方式
本发明是铝合金超声电阻复合对接钎焊方法及绝缘滑动焊接装置，其方法的步骤为：
（1）加工铝合金端面，将母材安装在绝缘滑动焊接装置上，用螺栓连接电极和母材；
（2）采用片状钎料放置在下工件5'的焊接接头的待焊凹槽内，钎料厚度为0.1~1mm；
（3）设置电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为2~2.5KA，焊接时间为10~50CYC，第二阶段焊接电流为3~9.5KA，焊接时间为750~1500CYC，其过程中施加超声波，焊接压力为150~240KN；
（4）启动电阻钎焊，随后让焊件自然冷却。
本发明的方法降低了热输入量，减少母材软化现象，利用超声波在液体中传播的空化作用和声流效应，促进钎料润湿母材，去除液态钎料中的气泡，提高接头可靠性，并且得到较好的焊接接头。解决电阻点焊铝合金时所需焊接电流较大，焊点表面凹陷的问题。采用两段式通电模式并且较小的最大焊接电流就可以获取良好的焊接接头，大大降低了焊接电流。采用一端凹槽式接头，防止了爆破的发生，而且得到了较宽的钎缝，提高了接头焊合率和焊接接头强度。
以上所述方法的铝合金板厚为3~15mm，焊接端长度为8~40mm，且端面保持平整，一侧端面加工成深为0.05~0.5mm的凹槽，片状钎料厚为0.1～1mm。
以上所述方法的钎料是Zn-Al系，或Al-Si系，或Al-Si-Mg系，母材材料是铝合金。
以上所述方法的焊接分为两个阶段，第一阶段焊接电流为2~2.5KA，焊接时间为10~50CYC，停止通电10~50CYC，第二阶段焊接电流为3~9.5KA，焊接时间为750~1500CYC，其过程中施加超声波。
以上所述方法的超声波施加时间为3~8s。
实施例1：
如图4~6所示，本发明的绝缘滑动焊接装置包括滑动部分、绝缘部分和基体1。通过螺栓连接基体1与导轨2，滑动部分包括导轨2、上滑块3和下滑块3'，导轨2上有上滑块3和下滑块3'，滑块3和3'的右表面M3平整，与基体1右表面M1平行。绝缘部分包括上绝缘板4、下绝缘板4'和绝缘帽6，并且绝缘帽6的轴心线OO'与绝缘板4的右表面M4所在面垂直。
上述绝缘滑动焊接装置中，上滑块3和下滑块3'上各设有四个定位内螺纹，通过定位螺纹7分别将上工件5、上绝缘板4和下工件5'、下绝缘板4'连接到上滑块3和下滑块3'，并对焊接的上工件5和下工件5'进行定位。
上述绝缘滑动焊接装置中，上绝缘板4和下绝缘板4'上各设有四个阶梯孔，四个阶梯孔的轴心线和绝缘帽6的轴心线OO'在一条直线上，通过上绝缘板4、下绝缘板4'、四个阶梯孔和绝缘帽6防止漏电和短路的发生。
上述绝缘滑动焊接装置中，重物10通过钢丝绳8对上工件5施加恒压，并且用定位栓9挡住下滑块3'。
本发明的绝缘滑动焊接装置的工作原理是：首先将已经加工好的焊接上工件5和下工件5'分别放置在上绝缘板4和下绝缘板4'上，然后通过螺栓7和绝缘帽6连接母材上的孔和上绝缘板4、下绝缘板4'、上滑块3、下滑块3'上的定位孔，这样就完成焊接母材的装配，在焊接上工件5和下工件5'之间的焊接接头凹槽放置事先准备好的钎料，然后短时间内通过大电流，同时在焊缝处施加超声波，将上工件5和下工件5'焊接成一体。在焊接过程中，由于上工件5和下工件5'已经通过装置和螺栓7定位夹紧，重物10通过钢丝绳8对上工件5施加了恒定的压力，通过对焊接接头处施加超声波，从而保证了焊接的质量，有效提高钎缝拉伸强度。
本发明的方法的实施例，实施例2：铝合金的电阻钎焊：
如图2、图3、图4、图5、图6所示，加工铝合金端面，将母材安装在图4、图5、图6所示的绝缘滑动焊接装置上，用螺栓连接电极和母材。采用片状钎料放置在下工件5'的焊接接头的待焊凹槽内，钎料厚度为0.3mm。设置电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为2.5KA，焊接时间为50CYC，停止通电50CYC，第二阶段焊接电流为5.6KA，焊接时间为1100CYC，其过程中施加超声波6s，焊接压力为1MPa，启动电阻钎焊，随后让焊件自然冷却。图1所示为实施例2的铝合金电阻钎焊金相组织图。
以上所述材料为铝合金，端面尺寸为8×20mm，凹槽深度为0.15mm，钎料为Al-Si-Mg（质量百分比：Si：9-10.5%Mg：1-2%Cu、Ni≤0.45%），厚度为0.3mm，尺寸为6×16mm。
以上所述第一阶段焊接电流为2.5KA，焊接时间为50CYC，停止通电50CYC，第二阶段焊接电流为5.6KA，焊接时间为1100CYC，其过程中施加超声波6s，焊接压力为1MPa。
本发明的方法的实施例，实施例3：铝合金的电阻钎焊：
如图2所示，加工铝合金端面，将母材安装在绝缘滑动焊接装置上，用螺栓连接电极和母材。采用片状钎料放置在下工件5'的焊接接头的待焊凹槽内，钎料厚度为1mm。设置电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为2.5KA，焊接时间为50CYC，停止通电50CYC，第二阶段焊接电流为6KA，焊接时间为1500CYC，其过程中施加超声波8s，焊接压力为1MPa，启动电阻钎焊，随后让焊件自然冷却。
以上所述母材材料为铝合金，端面尺寸为8×30mm，凹槽深度为0.5mm，钎料为Al-Si-Mg（质量百分比：Si：9-10.5%Mg：1-2%Cu、Ni≤0.45%），厚度为1mm，尺寸为6×16mm。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.铝合金超声电阻复合对接钎焊方法，其特征在于，其步骤为：
（1）加工铝合金端面，将母材安装在绝缘滑动焊接装置上，用螺栓连接电极和母材；
（2）采用片状钎料放置在下工件（5'）的焊接接头的待焊凹槽内，钎料厚度为0.1~1mm；
（3）设置电阻钎焊参数，第一阶段焊接电流为2~2.5KA，焊接时间为10~50CYC，第二阶段焊接电流为3~9.5KA，焊接时间为750~1500CYC，其过程中施加超声波，焊接压力为150~240KN；
（4）启动电阻钎焊，随后让焊件自然冷却。
2.根据权利要求1所述的铝合金超声电阻复合对接钎焊方法，其特征在于所述铝合金板厚为3~15mm，焊接端长度为8~40mm，且端面保持平整，一侧端面加工成深为0.05~0.5mm的凹槽，片状钎料厚为0.1～1mm。
3.根据权利要求1所述的铝合金超声电阻复合对接钎焊方法，其特征在于所述钎料是Zn-Al系，或Al-Si系，或Al-Si-Mg系，母材材料是铝合金。
4.根据权利要求1所述的铝合金超声电阻复合对接钎焊方法，其特征在于焊接分为两个阶段，第一阶段焊接电流为2~2.5KA，焊接时间为10~50CYC，停止通电10~50CYC，第二阶段焊接电流为3~9.5KA，焊接时间为750~1500CYC，其过程中施加超声波。
5.根据权利要求1所述的铝合金超声电阻复合对接钎焊方法，其特征在于所述超声波施加时间为3~8s。
6.用于权利要求1所述的铝合金超声电阻复合对接钎焊方法的绝缘滑动焊接装置，包括滑动部分、绝缘部分和基体（1），其特征在于通过螺栓连接基体（1）与导轨（2），滑动部分由导轨（2）、上滑块（3）和下滑块（3'）组成，导轨（2）上有上滑块（3）和下滑块（3'），上滑块（3）和下滑块（3'）的右表面（M3）平整，与基体（1）的右表面（M1）平行；绝缘部分由上绝缘板（4）、下绝缘板（4'）和绝缘帽（6）组成，绝缘帽（6）的轴心线（OO'）与绝缘板（4）的右表面（M4）所在的平面垂直。
7.根据权利要求6所述的绝缘滑动焊接装置，其特征在于上滑块（3）和下滑块（3'）上各设有四个定位内螺纹，通过定位螺纹（7）分别将上工件（5）、上绝缘板（4）和下工件（5'）、下绝缘板（4'）连接到上滑块（3）和下滑块（3'）上，并对焊接的上工件（5）和下工件（5'）进行定位。
8.根据权利要求6所述的绝缘滑动焊接装置，其特征在于上绝缘板（4）和下绝缘板（4'）上各设有四个阶梯孔，四个阶梯孔的轴心线和绝缘帽（6）的轴心线（OO'）在一条直线上。
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