CN110153546A - 一种铝合金薄板点焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金薄板点焊方法，在点焊工艺中采用以下措施来抑制裂纹的产生：1)电极帽的选择：选择的该电极帽为平面电极帽，杜绝使用球面电极帽；以及2)焊接顺序的选择：将待焊接铝板两端固定，采用在两端焊点先焊接完成后，再完成中间焊点的焊接。本方法不需要额外增加设备，增加工艺步骤，只需要在选型和设计工艺流程之初按照指导方法进行规划，基本无成本增加，实施简单，通用性强，特别适用于5系铝合金薄板焊接。

Description

一种铝合金薄板点焊方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金薄板点焊方法，以在点焊工艺中抑制裂纹的产生。

背景技术

铝合金作为一种重要的工程材料，具有密度低，比强度高,抗腐蚀，易加工的特点，其被广泛应用于航天和汽车工业，尤其是近年来汽车轻量化技术的兴起，铝合金材料的大量应用，使得铝合金焊接技术成为研究的热点。

5系铝合金又称镁铝合金，目前在汽车领域是用量比较大的合金类型。5系铝合金的硬度较高，且可塑性强，具有非常强的抗腐蚀性，但由于5系铝合金的独特的冶金特性，尤其是在小于1mm的薄板情况下，其焊接很容易产生裂纹，严重的会影响焊点质量并导致连接过早失效。

杜绝裂纹的产生是铝合金焊技术中需要特别注意的问题。现有的解决方案主要有：

1)方案一：采用增加预热流程，减小主焊接电流，延长焊接时间的方式减小裂纹产生的概率。

2)方案二：如中国专利文献CN 108406071 A公开的一种薄板及超薄板电阻点焊连接方法以及中国专利文献CN 104084686 A公开的一种用于抑制铝合金电阻点焊裂纹产生的电极，通过对电极帽端面加工特殊造型，如凹凸结构或是开设圆形凹槽，用以减少焊接过程中母材所承受的拉应力，进而抑制裂纹的产生。

上述方案一中主要是采用小电流预热和减小主焊接电流，延长焊接时间，本质上都是为了减小焊接过程中铝材温度梯度的变化，达到对母材的预热和保温的目的，防止过热或快速冷却导致的膨胀和收缩引起裂纹。该种方法会增加焊接时间，在焊点数量较多的情况下，会延长节拍，导致生产效率降低。同时减小主焊接电流也容易出现焊核尺寸不足和连接强度不足的情况。

上述方案二主要是利用电极帽的特殊造型，来改变母材受力情况。该方案对电极帽的加工要求高，相应也提供了对修磨机构的要求；成本会大幅上升。

此外，在实际生产多点焊接时电极帽端面的铝铜合金粘附和电极帽受热变形，会对其特殊造型造成磨损和破坏，实际焊点的成型效果实际难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金薄板点焊方法，以在焊接过程中抑制裂纹的产生。

为此，本发明提供了一种铝合金薄板点焊方法，在点焊工艺中采用以下措施来抑制裂纹的产生：1)电极帽的选择：选择的该电极帽为平面电极帽，杜绝使用球面电极帽；以及2)焊接顺序的选择：将待焊接铝板两端固定，采用在两端焊点先焊接完成后，再完成中间焊点的焊接。

本方法用于铝合金薄板电阻点焊工艺中，特别适用于5系铝合金薄板焊接，包括适用的电极帽以及合理的焊接顺序。用以减小焊接过程中的热膨胀，增加机械约束的方法来消除和改善裂纹的缺陷。

本方法不需要额外增加设备，增加工艺步骤，只需要在选型和设计工艺流程之初按照指导方法进行规划，基本无成本增加，实施简单，通用性强。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的铝合金薄板点焊方法所使用的平面电极帽的结构示意图；

图2是现有技术的球面电极帽的结构示意图；

图3是根据本发明的铝合金薄板点焊方法所使用的焊接顺序的示意图；

图4示出了使用球面电极帽无机械约束时在5系铝合金薄板焊点表面中心位置产生裂纹；以及

图5示出了使用平面电极帽和两端机械约束时在5系铝合金薄板焊点表面中心部位无裂纹出现。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在实施本发明的过程中，本发明人对焊接裂纹产生的机理进行了研究：

铝材的热膨胀率高，在焊接时需要施加非常大的电极压力来抑制因加热导致的热膨胀。这种热膨胀容易引起飞溅，导致金属材料的缺失，凝固时形成裂纹，同时施加过大的电极压力又使得焊点受到机械应力，容易使得裂纹扩展。焊接过程中裂纹的产生是热-力学因素的综合作用的结果。

在实施本发明的过程中，本发明人还对防焊接裂纹的机理进行了研究：

减少焊接过程中热膨胀的产生和约束施加在焊点上的机械负载，包括电极压力和外应力，可以有效抑制裂纹的产生。

基于以上焊接裂纹产生机理和防焊接裂纹机理的研究，本发明提供了一种铝合金薄板防裂纹焊接方法，本方法主要是在焊接过程中减小施加于焊点上的载荷和增加防止裂纹产生和扩展的约束条件来入手。通过该方法，能够大大改善或消除裂纹缺陷，无需额外增加设备或工艺步骤，同时保证了生产节拍和焊接质量。

在铝合金电阻点焊工艺中，本铝合金薄板点焊方法采用以下技术措施抑制裂纹的产生：

1)电极帽的选择

对于小于1mm厚度的铝合金薄板的焊接，选择使用如图1所示的平面电极帽，其电极帽端面直径1为10mm，表面弧度半径为75mm。不可采用图2所示的球面电极帽，该电极帽端面1的球面直径为8mm。

与平面电极帽相比，球面电极帽在相同压力下，电极与铝材接触面积比较小，这会导致较高的不均匀的接触应力，薄板变形较大。其次，因为较小的接触面积，相同电流下，会提供更高的电流密度和变化剧烈的温度梯度，极易产生过大的热膨胀和飞溅，导致裂纹的产生，如图4所示。

对于0.8mm～1mm的薄板，使用电极帽的端面直径为10mm，表面弧度为R75，所需电极压力为3KN～3.5KN。

2)焊接顺序的选择

在焊接过程中，先焊接两端的焊点，在两端约束的情况下，可以很好的减小热膨胀，将铝材的变形降低到最小，防止裂纹的产生。

焊接过程中电极帽和液态焊核之间的固体会在加热过程中膨胀，且无约束情况下的热膨胀会远大于有约束的情况。先焊接完成的焊点，可以为后焊接的焊点提供机械约束。

在焊接纵向多个焊点时，焊点数量为4～12个,，惯例是按照连续的顺序制造焊点，但对于铝合金薄板焊接，宜采用在焊接两端先焊接完成后，再完成中间焊点的焊接。如图3所示意，5为待焊接铝材，6为待焊接铝材两端的固定，可以是夹具或者其他工装，1、2、3、4为待焊接的4个焊点位置，为避免焊点之间出现分流情况和保证良好的连接强度，焊点间间距应在18mm～28mm。合适的焊接顺序为1-4-2-3。

本方法适用于铝合金薄板焊接的工艺方法，包括适用的电极帽以及合理的焊接顺序。用以减小焊接过程中的热膨胀，增加机械约束的方法来消除和改善裂纹的缺陷，如图5所示。本方法不需要额外增加设备，增加工艺步骤，只需要在选型和设计工艺流程之初按照指导方法进行规划，基本无成本增加，实施简单，通用性强。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种铝合金薄板点焊方法，其特征在于，在点焊工艺中采用以下措施来抑制裂纹的产生：

1)电极帽的选择：选择的该电极帽为平面电极帽，杜绝使用球面电极帽；以及

2)焊接顺序的选择：将待焊接铝板两端固定，采用在两端焊点先焊接完成后，再完成中间焊点的焊接。

2.根据权利要求1所述的铝合金薄板点焊方法，其特征在于，所述平面电极帽的直径为10～12mm，表面弧度半径为R75～R100 mm。

3.根据权利要求2所述的铝合金薄板点焊方法，其特征在于，所述平面电极帽的直径为10mm，表面弧度半径为75mm。

4.根据权利要求1所述的铝合金薄板点焊方法，其特征在于，以4～12个焊点为一组，先焊接两端焊点，再焊接中间焊点。

5.根据权利要求4所述的铝合金薄板点焊方法，其特征在于，以4个焊点为一组，先焊接两端两焊点，再焊接中间两焊点。