CN108356401A - 气体辅助电阻点焊装置及其冷却和加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的气体辅助电阻点焊装置及其冷却和加热方法，包括：电阻点焊系统；气体辅助系统，气体辅助系统与电阻点焊系统连接；控制系统，控制系统分别与气体辅助系统及电阻点焊系统通信；其中气体辅助系统包括依次连接的气瓶、电磁阀、涡旋管、气路管及喷嘴；喷嘴与电阻点焊系统连接，喷嘴的数量为两个，两个喷嘴相向设置。本发明具有如下的有益效果：在电阻点焊过程中既能为接头提供冷却作用，又能对接头进行加热，使用范围更广。与现有的用于埋弧焊、氩弧焊等随焊冷却方法相比，本发明通过合理的设计，能够适用于点焊工艺，通过对点焊接头正面施加低温气体冷却，使冷却效果更加均匀，且系统能够精确控制冷却的起止时刻，气流强度和气体温度。

Description

气体辅助电阻点焊装置及其冷却和加热方法

技术领域

本发明涉及一种薄板材料单点连接技术领域的方法，具体是一种在对板材实施电阻点焊的过程中，能同时对点焊接头进行辅助冷却或加热的气体辅助电阻点焊装置及其冷却和加热方法。

背景技术

电阻点焊是将被焊工件以搭接的形式压紧于两电极之间，并通以大电流，利用板材结合面接触电阻产生的热量熔化板材，同时在电极挤压力的作用下两个结合面的金属原子之间的距离达到晶格距离而形成金属键，从而形成焊点的焊接方法。电阻点焊工艺由于具有焊接效率高、成本低、易于实现自动化以及不产生有害气体等优点，是机械制造中板材装配的可靠方法，尤其在车身制造中，它是首选的连接工艺。

随着工艺水平的提升，许多性能优良的新型金属合金材料不断出现，但工艺过程以及合金元素等因素会影响其焊接性能。比如对于碳当量高的金属，焊接时的冷却过程中淬硬倾向严重，导致接头韧性差；对于通过加工硬化强化的金属，焊接时加工硬化会消除，导致接头软化严重，焊点成为薄弱点；而对于低热导率材料，焊接过程中散热慢，导致接头中晶粒粗化，影响其性能。

经过对现有技术的检索发现，中国发明专利《随焊加速冷却的焊接方法及装置》(公开号：CN 106141474A)，该方法采用水、液氮或液态二氧化碳为冷却介质，通过在焊接熔池两侧或后面跟随同步运动的冷却装置将冷却介质喷射至处于高温状态的焊缝及热影响区或母材局部区域，从而改善焊缝及热影响区组织性能。以及中国发明专利，公开号：CN1748925A，名称：钛合金管环缝钨极氩弧焊用的水冷套及随焊冷却焊接方法，该方法用于钛合金管环形焊，在待焊的钛合金管上紧固一组水冷套，以水为冷却介质，提高了钛合金管焊接过程的冷却速度，从而提高焊缝质量。但由于结构限制，这些方法只适用于埋弧焊、气保焊、氩弧焊以及电渣焊或环形焊等焊接方法，不适用于点焊。且成本相对较高，不利用推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于点焊的气体辅助电阻点焊装置及其冷却和加热方法。

为了解决上述技术问题，本发明气体辅助电阻点焊装置，包括：电阻点焊系统；气体辅助系统，气体辅助系统与电阻点焊系统连接；控制系统，控制系统分别与气体辅助系统及电阻点焊系统通信；其中气体辅助系统包括依次连接的气瓶、电磁阀、涡旋管、气路管及喷嘴；喷嘴与电阻点焊系统连接，喷嘴的数量为两个，两个喷嘴相向设置。

优选地，喷嘴包括：进气管，进气管与气路管连通；套管，套管通过进气管与气路管连通，在套管内设有贯通的通孔，套管套设在电阻点焊系统的电极杆外侧。

优选地，套管包括：套管本体，通孔贯通设置在套管本体内；进气腔，进气腔设置在套管本体内，进气腔与进气管连通；出气腔，出气腔设置在套管本体内，出气腔与进气腔连通；出气口，出气口设置在套管本体上，出气口与出气腔连通。

优选地，套管包括：套管本体，通孔贯通设置在套管本体内；进气腔，进气腔设置在套管本体内，进气腔与进气管连通；出气管，出气管的数量为多根，多根出气管螺旋设置在在套管本体内，多根出气管的进气端与进气腔连通；出气口，出气口设置在套管本体上，出气口与出气管的出气端连通。

优选地，出气口与水平面之间的夹角为45°。

优选地，在电极杆的端部设有电极帽，套管的出气口端面离电极帽端面的距离h大于焊接工件的厚度t。

一种气体辅助电阻点焊装置的冷却方法，包括如下步骤：

步骤1，将待加工的工件放置两个喷嘴之间；

步骤2，喷嘴下移进行预压并焊接；

步骤3，完成焊接后，喷嘴上移至高度H，接通冷却气体对焊点进行加热。

优选地，高度H满足：

其中，H为喷嘴内的电极杆抬升的高度，d为电极帽端面直径，θ为喷嘴出气端口与水平面的夹角；

高度H优选为

一种气体辅助电阻点焊装置的加热方法，包括如下步骤：

步骤1，将待加工的工件放置两个喷嘴之间；

步骤2，接通加热气体，喷嘴下移，通过喷嘴对焊点进行加热；

步骤3，喷嘴继续下移，进行焊接；

步骤4，完成焊接后，喷嘴上移至高度H，加热气体对焊点进行加热。

优选地，高度H满足：

其中，H为喷嘴内的电极杆抬升的高度，d为电极帽端面直径，θ为喷嘴出气端口与水平面的夹角；

高度H优选为

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明气体辅助的形式，在电阻点焊过程中既能为接头提供冷却作用，又能对接头进行加热，使用范围更广。与现有的用于埋弧焊、氩弧焊等随焊冷却方法相比，本发明通过合理的设计，能够适用于点焊工艺，通过对点焊接头正面施加低温气体冷却，使冷却效果更加均匀，且系统能够精确控制冷却的起止时刻，气流强度和气体温度。在碳当量高的金属点焊过程中，辅助加热功能能降低接头淬硬倾向，提升接头韧性；对于通过加工硬化强化的金属，焊接时采用辅助冷却功能，能够降低接头软化程度，提升接头强度；对于低热导率材料，焊接时采用辅助冷却功能，能够细化熔核晶粒，提高接头质量。且本发明将辅助冷却和辅助加热系统集成于一体，简化了设备，降低了成本，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明气体辅助电阻点焊装置结构示意图；

图2为本发明气体辅助电阻点焊装置喷嘴实施例一结构示意图一；

图3为本发明气体辅助电阻点焊装置喷嘴实施例一结构示意图二；

图4为本发明气体辅助电阻点焊装置喷嘴实施例二结构示意图一；

图5为本发明气体辅助电阻点焊装置喷嘴实施例二结构示意图二；

图6为本发明气体辅助电阻点焊装置冷却方法双侧冷却示意图；

图7为本发明气体辅助电阻点焊装置冷却方法单侧冷却示意图；

图8为本发明气体辅助电阻点焊装置加热方法示意图；

图9为本发明气体辅助电阻点焊装置冷却方法工艺参数曲线图一；

图10为本发明气体辅助电阻点焊装置冷却方法工艺参数曲线图二；

图11为本发明气体辅助电阻点焊装置加热方法工艺参数曲线图。

图中：

1-气瓶 2-电磁阀 3-涡旋管

4-气路管 5-喷嘴 6-电阻点焊系统

7-控制系统 8-喷嘴固定装置 9-电极杆

10-电极帽 11-工件 12-进气管

13-套管 14-通孔 15-进气腔

16-出气腔 17-出气口 18-套管本体

19-出气管 20-上定位块 21-下定位块

具体实施方式

为了充分说明本发明解决技术问题所实施使用的技术方案，下面结合实施例和附图对发明做详细说明,但本发明的技术方案、技术方案的实施方式以及保护范围并不仅仅限于此。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括：气瓶1、电磁阀2、涡旋管3、气路管4、喷嘴5、电阻点焊系统6、控制系统7、喷嘴固定装置8、电极杆9、电极帽10和工件11。其中：电阻点焊系统6与控制系统7相连并传输焊接控制信号，控制系统7与电磁阀2相连并控制电磁阀2的启动与关闭，当电磁阀2启动，气瓶1中的气体能经过电磁阀2和涡旋管3的冷气端，进入喷嘴5。工件11固定在夹紧装置上。图2是图1中虚线框内部分的局部放大图，喷嘴5通过螺钉或卡扣与喷嘴固定装置8连接，并通过喷嘴固定装置8固定在电极杆9上。喷嘴固定装置8为环形，它与电极杆9同轴装配，通过螺纹连接或卡环固定在电极杆9上。喷嘴5如图2和图3所示，其结构包括进气管12和中空的套管13，套管13包括通孔14、进气腔15(喷嘴上部空腔)、出气腔16(喷嘴下部空腔)、出气口17、套管本体18、上定位块20和下定位块21，电极杆9通过上定位块20和下定位块21穿过套管本体18上的通孔14。进气管12横接在套管本体18上部。进气管12通过接头与气管路4相连，气体从进气管12进入，流经进气腔15、出气腔16，从出气口17喷至焊接工件11表面，出气口17处收口与水平面夹角为θ。本实施例中θ取45°,电极帽10的外径为16mm，端面直径为6mm。

本实施例的上下层金属板均为H1000不锈钢板，板件厚度：1.2mm，用丙酮试剂去除金属板表面的油污。本实施例中采用的涡旋管3为深圳东方智捷科技有限公司的型号为50015H的涡旋管，在进气压力为5.5bar的情况下，冷气端最大温降可达63℃，热气端最大温升为100℃。

H1000不锈钢板为采用加工硬化进行强化的新型不锈钢，静态拉伸强度高，但焊接接头软化严重，因此采用辅助冷却电阻点焊方法，降低接头软化程度，提升接头质量。

工艺参数：焊接电流为6kA，焊接时间200ms，电极压力4kN，预压时间100ms，保压时间200ms，采用压缩空气作为气源，其流量为20L/min，进气压力5.5bar。

本实施例工艺过程如图6所示：

1)将金属板重叠放置于另一金属板之上并通过夹紧装置夹紧；

2)焊枪按照常规电阻点焊工作方式运动至金属板重叠位置，进行预压并焊接；

3)控制系统根据预先设定的程序，在焊接结束的同时启动电磁阀，接通冷却气体，焊接工件两侧同时进行气体冷却，如图6(c)所示，接着电极杆抬升至离工件3mm处并停留，如图6(d)所示，继续对焊点进行冷却，焊接时序图如图9所示。

4)根据设定的程序，经过t₁时长的冷却后，控制系统发出信号，关闭电磁阀，冷却结束；

5)焊枪回位，为下一点的焊接进行准备；

在该焊接参数条件下焊接，获得了良好的焊接接头。接头形貌平整，焊接缺陷少，抗拉强度比没有附加冷却情况下焊接得到的接头高10％左右，熔核区硬度高8％左右。

实施例2

本实施例的上层金属板为铝合金AA6061-T6，下层金属板为镀锌双相钢板DP590，板件厚度均为1.2mm，铝板用机械打磨方式去除表面的氧化层，用丙酮试剂去除金属板表面的油污。

工艺参数：焊接电流为8kA，焊接时间160ms，电极压力3.5kN，预压时间100ms，保压时间200ms，采用氩气作为冷却气体，其流量为20L/min，进气压力5.5bar。其他参数与实施例1相同。

本实施例中由于是异种金属的焊接，两种金属的硬度、熔点以及导热系数等物理属性均不同，可采用上下板冷却程度不同的方式，气体从气瓶出来后分为两路，两路分别设置电磁阀和冷却器，以便根据需要调节两路气体达到不同的温度，由于钢板侧产生热量大，焊核朝钢板侧偏移，因此钢板侧需要更高的冷却强度。由于铝板的导热系数远大于钢板，也可采用铝板侧不进行冷却，钢板侧进行冷却的单侧冷却方式。

本实施例焊接工艺过程如图7(a)～(e)所示：

1)将铝合金AA6061-T6板重叠放置于DP590板之上并通过夹紧装置夹紧；

2)焊枪按照常规电阻点焊工作方式运动至工件重叠位置，进行预压并焊接；

3)控制系统根据预先设定的程序，在焊接结束的同时启动电磁阀，接通冷却气体，钢板侧进行气体冷却，如图7(c)所示，接着电极杆抬升至离工件3mm处并停留，如图7(d)所示，继续对焊点进行冷却，焊接时序图如图10所示。

4)根据设定的程序，经过t₂时长的冷却后，控制系统发出信号，关闭电磁阀，冷却结束；

5)焊枪回位，为下一点的焊接进行准备；

实施例3

本系统也可以用于对焊接工件进行辅助加热。

本实施例的上下层金属板均为DP980双相钢，板件厚度：1.2mm，用丙酮试剂去除金属板表面的油污。

工艺参数：焊接电流为7.5kA，焊接时间200ms，电极压力4kN，预压时间100ms，保压时间200ms，采用氩气作为冷却气体，其流量为20L/min，其他参数与实施例1相同。

本实施例的组件和实施例1的区别在于与，采用涡旋管3的热气端出口气体作为辅助气体。

本实施例焊接工艺过程如图8(a)～(f)所示：

1)将金属板重叠放置于另一金属板之上并通过夹紧装置夹紧；

2)焊枪运动至金属板重叠位置，电极杆靠近工件，并停留在离工件3mm处，控制系统根据预先设定的程序，启动电磁阀，喷出高温气体，对工件进行加热处理，如图8(a)所示，焊接时序图如图11所示；

3)进行t₃时长的预热后，焊枪继续下压对工件进行预压并焊接；

4)焊接结束后，焊枪抬升至离工件3mm处，高温气体继续从喷嘴喷出，对焊点进行加热；

5)控制系统接收到焊接结束的信号后，根据预先设定的程序，控制系统发出指令，在经过一定时间的加热后，关闭电磁阀，加热结束；

6)焊枪回位，为下一点的焊接进行准备；

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于喷嘴内部结构不同，如图4和图5所示，喷嘴内部设置了均匀分布的螺旋出气管19，图5(b)为焊接时气体流向示意图，喷嘴部分采用半剖面形式直观地显示了单根螺旋出气管19，以及气体的流向。本实施例中采用16根螺旋通道，单根通道螺旋圈数为0.5圈，螺距为140mm，通道内径为4mm，通道在喷嘴收口处沿收口面顺延。气体由入口进入后，从左右两侧流入至喷嘴上层的中空空间，然后分别从每根螺旋通道通过，之后由出口喷出，从不同螺旋通道出来的气体，不会相互干涉，汇聚在焊核及周围的小范围内，加速了焊接工件表面的热量交换，使冷却或加热效果更好。

本实施例工艺参数和工艺过程与实施例1相同。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种气体辅助电阻点焊装置，其特征在于，包括：

电阻点焊系统；

气体辅助系统，气体辅助系统与电阻点焊系统连接；

控制系统，控制系统分别与气体辅助系统及电阻点焊系统通信；其中

气体辅助系统包括依次连接的气瓶、电磁阀、涡旋管、气路管及喷嘴；喷嘴与电阻点焊系统连接，喷嘴的数量为两个，两个喷嘴相向设置。

2.根据权利要求1所述的气体辅助电阻点焊装置，其特征在于，喷嘴包括：

进气管，进气管与气路管连通；

套管，套管通过进气管与气路管连通，在套管内设有贯通的通孔，套管套设在电阻点焊系统的电极杆外侧。

3.根据权利要求2所述的气体辅助电阻点焊装置，其特征在于，套管包括：

套管本体，通孔贯通设置在套管本体内；

进气腔，进气腔设置在套管本体内，进气腔与进气管连通；

出气腔，出气腔设置在套管本体内，出气腔与进气腔连通；

出气口，出气口设置在套管本体上，出气口与出气腔连通。

4.根据权利要求2所述的气体辅助电阻点焊装置，其特征在于，套管包括：

套管本体，通孔贯通设置在套管本体内；

进气腔，进气腔设置在套管本体内，进气腔与进气管连通；

出气管，出气管的数量为多根，多根出气管螺旋设置在套管本体内，多根出气管的进气端与进气腔连通；

出气口，出气口设置在套管本体上，出气口与出气管的出气端连通。

5.根据权利要求3或4所述的气体辅助电阻点焊装置，其特征在于，出气口与水平面之间的夹角为θ,范围在10°～90°之间,优选45°。

6.根据权利要求2所述的气体辅助电阻点焊装置，其特征在于，在电极杆的端部设有电极帽，套管的出气口端面离电极帽端面的距离h大于焊接工件的厚度t。

7.一种气体辅助电阻点焊装置的冷却方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将待加工的工件放置两个喷嘴之间；

步骤2，电极杆带动喷嘴下移进行预压并焊接；

步骤3，完成焊接后，电极杆上移至高度H，接通冷却气体对焊点进行冷却。

8.根据权利要求7所述的气体辅助电阻点焊装置的冷却方法，其特征在于，高度H满足：

其中，H为喷嘴内的电极杆抬升的高度，d为电极帽端面直径，θ为喷嘴出气端口与水平面的夹角；

高度H优选为

9.一种气体辅助电阻点焊装置的加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将待加工的工件放置两个喷嘴之间；

步骤2，接通加热气体，电极杆带动喷嘴下移至高度H，通过喷嘴对焊点进行加热；

步骤3，电极杆继续下移，进行焊接；

步骤4，完成焊接后，电极杆上移至高度H，加热气体停止加热。

10.根据权利要求9所述的气体辅助电阻点焊装置的加热方法，其特征在于，高度H满足：

其中，H为喷嘴内的电极杆抬升的高度，d为电极帽端面直径，θ为喷嘴出气端口与水平面的夹角；

高度H优选为