CN108406071A - 一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法，其特征在于，两侧电极分别采用铆扣式的凹、凸结构，按如下步骤进行焊接：将待焊板材置于凸模型电极和凹模型电极之间预压，在压力的作用下将待焊板材部分压入到凹模型电极中；接通电源通过电阻热作用使待焊板材发生熔化及软化，熔化作用使待焊板材界面冶金结合形成连接，待焊板材在凸模型电极压力的作用下充满凹模型电极，且在凸模型电极的外缘与凹模型电极的内缘的挤压作用下使焊点边缘形成互锁；通电结束并保持预设的压力后，形成互锁型电阻点焊焊点。本发明主要利用将无铆钉铆接接头形式与电阻点焊相结合，从而实现焊点位置结构的互锁，改变受载荷时接头的受力方式，有效提高薄板的焊接强度。

Description

一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法

技术领域

本发明涉及焊接制造技术领域，尤其涉及一种针对薄板及超薄板电阻点焊连接方法。

背景技术

目前，电阻点焊是航空、航天、汽车制造业应用最广泛的焊接方法之一，以汽车制造为例，一辆汽车上会有3000-5000个电阻点焊焊点，电阻点焊能实现板件的高强度连接，而为了保证汽车的可靠性，其实际点焊数目高出设计30％，优质高效的电阻点焊技术可以节约大量的生产成本，因此电阻焊技术和设备的更新换代具有重要的实际应用意义。

铝合金、镁合金易产生氧化膜、熔点低、屈服强度低、导电导热性能良好，电阻焊中常伴有微型空洞、裂纹等不连续缺陷和压痕过深等现象；由于铝、镁、钢异质金属焊接时，母材之间物理和化学性质差异较大、极易产生高脆性金属间化合物，给电阻焊带来了很大的困难。

目前，国际上已经提出了一系列提高铝合金电阻焊质量的方法。传统工艺包括熔核孕育处理法、线性回归预测法、随机多脉冲回火热处理法等工艺，可以在一定程度上提高同质、异质铝合金电阻焊的焊接质量。其他方法包括：第一种思路为在板材中间添加夹层，通过合金化的方法提高接头的强度；第二种解决思路为在铝板表面添加盖板，通过改善热传导控制界面金属间化合物的生成；第三种思路为通过铆接与焊接的结合转移金属间化合物生成的位置；第四种为通过设计电极，改变电流密度对金属间化合物进行控制。以上方法均实现了铝钢电阻点焊接头强度的有效提高。但由于焊接规范窗口窄、操作复杂等原因，其工业应用受到了相应的限制。同时，为了提高接头强度，提出了将冲击电极、半空心铆钉和环形电极三种分体结构由内到外同轴设置，形成电阻铆焊装置，如中国发明专利申请号为201010217665.X，异种金属电阻铆焊装置，其利用外加铆钉实现机械互锁与冶金结合的复合连接。

薄板以及超薄板轻合金在工业上应用逐渐增加，然而板材厚度的降低使电阻点焊的难度进一步提高。薄板对焊接热输入极为敏感，特别是铝合金等导热、导电性好的轻合金难以稳定焊接。增加焊点尺寸实际意味着更多的有效连接面积。然而当铝合金板材厚度为1mm甚至更薄的时候，获得更大的焊点从而提高接头强度就变得极为困难，因为较大的焊接电流或者焊接时间会导致较大的烧穿、飞溅等缺陷。

综上，有必要提供一种电阻点焊连接方法用以解决上述问题。

发明内容

根据上述提出的薄板、超薄板金属焊接强度难以满足设计需求的技术问题，而提供一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法。本发明主要利用将无铆钉铆接接头形式与电阻点焊相结合，从而实现焊点位置结构的互锁，改变受载荷时接头的受力方式，有效提高薄板的焊接强度。

本发明采用的技术手段如下：

一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法，其特征在于，所述方法中两侧电极分别采用铆扣式的凹、凸结构，其中一侧为凸模型电极，另一侧为凹模型电极，按如下步骤进行焊接：

S1、预压阶段，将待焊板材置于所述凸模型电极和所述凹模型电极之间预压，在预压阶段，所述凸模型电极在压力的作用下将待焊板材部分压入到所述凹模型电极中；

S2、焊接阶段，接通电源通过电阻热作用使待焊板材发生熔化及软化，熔化作用使待焊板材界面冶金结合形成连接，待焊板材在所述凸模型电极压力的作用下充满所述凹模型电极，且在所述凸模型电极的外缘与所述凹模型电极的内缘的挤压作用下使焊点边缘形成互锁；

S3、冷却结晶阶段，通电结束并保持预设的压力后，形成互锁型电阻点焊焊点。

进一步地，所述凸模型电极的凸出部分与所述凹模型电极的凹陷部分采用互相匹配的圆柱形、矩形或其他预设形状的结构；所述凸模型电极的端面和所述凹模型电极的空腔底面为平面、环形面或曲面。

进一步地，所述待焊板材的材质为铝合金、钢、镁合金或钛合金中的一种或一种以上。

现有技术中，通常采用铆接(铆钉铆接、自冲铆接、无铆钉铆接)来有效解决实际生产中增强强度的问题。传统电阻点焊连接基于接触部位的二维平面结合连接，无铆钉铆接依靠侧壁的机械互锁实现板材之间的连接，属于界面的三维连接。无铆钉铆接与电阻点焊的相似点是都需要轴向方向上的力的作用实现板材之间的连接。本发明将无铆钉铆接接头形式与电阻点焊相结合，实现电阻点焊界面的三维结合，实现焊点位置结构的互锁，改变受载荷时接头的受力方式，有效提高薄板的焊接强度。

本发明具有以下优点：

1、与传统电极相比，薄板及超薄板焊后焊点形成互锁形貌，形成机械互锁与冶金结合的，有效提高焊点尺寸和有效连接面积，提高了焊接接头的力学性能。

2、结构简单，仅仅对电极进行加工形成凹凸形状，利用电极形状替代了无铆钉铆接结构，避免了额外铆钉或者其他机械机构的加入，减少了工艺流程，适合实际工业生产。

基于上述理由，本发明在保证两种连接方法易于实现自动化以及高效率的基础上，将机械互锁作用和熔化连接相复合，可实现接头承受横向和轴向力的结合，大幅提高连接接头的力学性能，可在焊接技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为采用本发明的方法点焊前的示意图。

图2为采用本发明的方法点焊后的示意图。

图中：1、凸模型电极；2、凹模型电极；3、待焊板材；4、电阻焊熔核。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法，所述方法中两侧电极分别采用铆扣式的凹、凸结构，其中一侧为凸模型电极1，另一侧为凹模型电极2，按如下步骤进行焊接：

S1、预压阶段，将两待焊板材3的焊接接触面保持接触，所述待焊板材3可选用钢材、铝合金、镁合金或钛合金的一种或一种以上，所述凸模型电极1和所述凹模型电极2分别置于所述待焊板材3的两侧进行预压，在预压阶段，所述凸模型电极1在压力的作用下将待焊板材3部分压入到所述凹模型电极2中，电阻点焊设备的焊接电流为直流、直流脉冲或交流；所述凸模型电极1的凸出部分与所述凹模型电极2的凹陷部分采用互相匹配的圆柱形、矩形或其他预设形状的结构；所述凸模型电极1的端面和所述凹模型电极2的空腔底面为平面、环形面或曲面。

S2、焊接阶段，接通电源，在所述凸模型电极1焊头和所述凹模型电极2焊头之间接通电流，利用电流通过待焊板材3接触面产生的电阻热加热待焊板材3使其达到熔化状态，形成电阻焊熔核4(如图2所示)，同时所述凸模型电极1在力的作用下将待焊板材3充满所述凹模型电极2，并且在所述凸模型电极1外缘与所述凹模型电极2内缘的挤压作用下使焊点边缘形成互锁；所述电极焊头的压力大小为0-5kN，焊接电流为0-50kA，焊接时间为0-400ms，电阻焊维持时间为0-5s。

S3、冷却结晶阶段，随着通电时间延长，待焊板材3中的电阻焊熔核4长大到预设形状和尺寸后，停止电阻焊电流，继续保持所述电极之间的压力0-10s，直至液态金属冷却形成互锁型电阻点焊焊点。

实施例1

本发明采用焊接异质6061和铝合金-Q235镀锌钢结构件作为待焊板材3，待焊板材3的板材厚度均为1mm，按如下步骤进行焊接：

采用具有互锁型的电阻点焊凸模型电极1和凹模型电极2，其中，圆柱形凸模型电极1直径6mm，凸台高度0.8mm；圆形凹模型电极2外径12mm，内径8mm，孔深0.8mm；在凸模型电极1和凹模型电极2之间接通电流，焊接参数为：预压时间200ms，压力大小为3kN，焊接电流为直流12kA，焊接时间200ms，焊后维持时间200ms。

焊后失效载荷为4.7kN，高于传统点焊3kN的力学强度。

实施例2

本发明采用焊接同质6061铝合金作为待焊板材3，待焊板材3的板材厚度均为0.5mm，按如下步骤进行焊接：

采用具有互锁型的电阻点焊凸模型电极1和凹模型电极2，其中，圆柱形凸模型电极1直径4mm，凸台高度0.4mm；圆形凹模型电极2外径10mm，内径6mm，孔深0.3mm；在凸模型电极1和凹模型电极2之间接通电流，焊接参数为：预压时间200ms，压力大小为2kN，焊接电流为直流16kA，焊接时间100ms，焊后维持时间200ms。

接头失效载荷可以达到3kN，0.5mm超薄铝合金采用传统电焊方法很难实现稳定焊接，但采用互锁型电极可以有效提高焊接的可靠性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法，其特征在于，所述方法中两侧电极分别采用铆扣式的凹、凸结构，其中一侧为凸模型电极，另一侧为凹模型电极，按如下步骤进行焊接：

S1、预压阶段，将待焊板材置于所述凸模型电极和所述凹模型电极之间预压，在预压阶段，所述凸模型电极在压力的作用下将待焊板材部分压入到所述凹模型电极中；

S2、焊接阶段，接通电源通过电阻热作用使待焊板材发生熔化及软化，熔化作用使待焊板材界面冶金结合形成连接，待焊板材在所述凸模型电极压力的作用下充满所述凹模型电极，且在所述凸模型电极的外缘与所述凹模型电极的内缘的挤压作用下使焊点边缘形成互锁；

S3、冷却结晶阶段，通电结束并保持预设的压力后，形成互锁型电阻点焊焊点。

2.根据权利要求1所述的薄板及超薄板电阻点焊连接方法，其特征在于，所述凸模型电极的凸出部分与所述凹模型电极的凹陷部分采用互相匹配的圆柱形、矩形或其他预设形状的结构；所述凸模型电极的端面和所述凹模型电极的空腔底面为平面、环形面或曲面。

3.根据权利要求1所述的薄板及超薄板电阻点焊连接方法，其特征在于，所述待焊板材的材质为铝合金、钢、镁合金或钛合金中的一种或一种以上。