CN110814480B - 一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法，包括清洗、工装夹持、螺柱焊接和检验，其中工装夹持是将待焊工件的母材背部用支撑工装顶起，并保证焊接位置区域的工件下表面与支撑工装的上表面之间的间隙在0～0.1mm，保证该间隙在焊接过程中不因螺柱焊枪的冲击力而变化，可以实现M8短周期拉弧式铝合金螺柱焊钉与2mm厚度的铝合金冲压件的焊接，焊后背部无裂纹，同时也可以实现M8短周期拉弧式铝合金螺柱焊钉与2mm厚度的铝合金冲压件焊接的60°弯曲试验合格。

Description

一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法。
背景技术
螺柱焊方法属于电弧焊接方法，螺柱焊的焊接过程中，螺柱及与螺柱类似的剪力钉、T型钉等螺柱焊零件和母材之间接触，通过大电流并借助引弧剂的作用引燃电弧，使螺柱焊零件焊接端面和相应的母材表面被加热到熔化状态，达到适宜的温度后，将螺柱焊零件挤压到母材表面的熔池中，使二者融合形成焊缝而完成螺柱焊零件与母材的焊接。这种焊接方法要求极高的效率和可靠的焊接质量，在建筑、桥梁、造船、汽车制造等制造业都有广泛的用途。
现有短周期拉弧式螺柱焊是螺柱焊方法中的一种，该种焊接方法熔深大、强度高，普遍应用于汽车制造行业。
对M8短周期拉弧式铝合金螺柱焊钉与2mm厚度的铝合金冲压件进行短周期拉弧式螺柱焊接，在ISO 14555(2017)中是允许进行焊接的，但在AWS D1.2(2014)中却不推荐对该组合进行焊接。经过实际生产经验得知，该组合虽可以进行焊接，但极容易产生背部裂纹缺陷，同时也易产生接头无法满足60°弯曲试验的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决M8短周期拉弧式铝合金螺柱焊钉与2mm厚铝合金冲压件焊后背部容易产生裂纹缺陷并且接头无法满足60°弯曲试验的问题，提供一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法。
为达到上述目的，本发明提供一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法，包括以下步骤：
A、清洗：将待焊工件焊接区域以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊工件表面油污；
B、工装夹持：将待焊工件的母材背部用支撑工装顶起，并保证焊接位置区域的工件下表面与支撑工装的上表面之间的间隙在0～0.1mm，此间隙是保证焊接位置区域的母材背部不产生裂纹的关键；
C、螺柱焊接：将螺柱焊钉压在待结合的工件表面，选取大规范的焊接工艺参数进行焊接，其中焊接电流800A、通电时间70ms、螺柱焊钉伸出长度4mm、提升高度4mm、提前送气时间1000ms、保护气体流量15L/min，其中提升高度是指螺柱焊钉通电起弧后，螺柱焊钉的人为提升高度(如图8所示)；
D、检验：对焊后工件进行60°弯曲试验和背部裂纹检查。
进一步，步骤A中待焊工件为2mm厚度的6111-T4铝合金轧制板材。
进一步，步骤B支撑工装应当保证待焊工件在焊接过程中不因焊枪焊接过程中产生的振动而使间隙在0～0.1mm范围之外。
进一步，步骤C中螺柱焊钉垂直焊接在待焊工件表面。
进一步，步骤C中保护气体为99.99％的氩气、氦气或者氮气中一种。
进一步，螺柱焊钉与待焊工件由同种材料制成。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法，焊接位置的母材背部采用支撑工装支撑的方法，支撑工装需与工件间紧密贴合，贴合后间隙在0～0.1mm之间，同时保证该间隙在焊接过程中不因螺柱焊枪的冲击力而变化，可以实现M8短周期拉弧式铝合金螺柱焊钉与2mm厚度的铝合金冲压件的焊接，焊后背部无裂纹。同时也可以实现M8短周期拉弧式铝合金螺柱焊钉与2mm厚度的铝合金冲压件焊接的60°弯曲试验合格。本发明的处理过程更简单、方便高效，大大降低了成本。
2、本发明所公开的铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法中，2mm铝合金钣金件抗冲击能力差，进行螺柱焊接时易受冲击而产生背部裂纹。背部裂纹有时为宏观可见，有时宏观不可见但微观下可见。产品在使用过程中，裂纹会发生扩展，最终使接头失效断裂，因此裂纹是十分严重的缺陷。通常会降低热输入来避免裂纹的出现，但这种方法会造成接头强度不稳定甚至掉钉的情况。而使用本专利提供的方法及参数可以保证焊接热输入处于一个中上的值进而使接头强度稳定可靠，同时，背部支撑也可最大程度上避免裂纹的出现。所以本专利既保证了焊接接头强度高，也保证了2mm铝合金钣金件背部无裂纹，保证了生产的稳定。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明铝合金钣金件与大规格焊钉螺柱焊的结构示意图；
图2为本发明铝合金钣金件与大规格焊钉螺柱焊的工艺流程图；
图3为本发明铝合金钣金件与大规格焊钉螺柱焊的焊接状态图；
图4为本发明铝合金钣金件与大规格焊钉螺柱焊的弯曲试验图；
图5为本发明铝合金钣金件与大规格焊钉焊后母材的效果图；
图6为对比例中铝合金钣金件与大规格焊钉焊后母材的效果图；
图7为对比例中铝合金钣金件与大规格焊钉螺柱焊的弯曲试验图；
图8为现有技术中螺柱焊接中提升高度的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
使用AlMg5-M8铝合金短周期拉弧式螺柱焊焊钉与2mm厚度的6111-T4铝合金轧制板材冲压件进行短周期拉弧式螺柱焊接。
6111-T4成分
Si Mg Fe Cu Mn Cr Ti Zn Al 其它
0.6-1.1 0.50-1.0 0.40 0.50-0.9 0.10-0.45 0.10 0.10 0.15 余量 0.15
如图1～2所示一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法，包括以下步骤：
A、清洗：将待焊工件焊接区域以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊工件表面油污，其中待焊工件为2mm厚度的6111-T4铝合金轧制板材；
B、工装夹持：将待焊工件的母材背部用支撑工装顶起，并保证焊接位置区域的工件下表面与支撑工装的上表面之间的间隙在0～0.1mm，支撑工装应当保证待焊工件在焊接过程中不因焊枪焊接过程中产生的振动而使间隙在0～0.1mm范围之外，此间隙是保证焊接位置区域的母材背部不产生裂纹的关键；
C、螺柱焊接：将螺柱焊钉垂直压在待结合的工件表面，选取大规范的焊接工艺参数进行焊接，其中焊接电流800A、通电时间70ms、螺柱焊钉伸出长度4mm、提升高度4mm、提前送气时间1000ms、保护气体流量15L/min，保护气体流量为99.99％的氩气；
D、检验：对焊后工件进行60°弯曲试验和背部裂纹检查。
焊后外观如图3所示，可见铝合金轧制板材冲压件外观成形良好，熔化金属均匀包裹在接头四周。60°弯曲试验示例如图4所示，弯曲结果可以满足ISO 14555(2017)弯曲试验要求。焊接位置的焊后母材背部如图5所示，可见无裂纹存在。
对比例
使用AlMg5-M8铝合金短周期拉弧式螺柱焊焊钉与2mm厚度的6111-T4铝合金轧制板材冲压件进行短周期拉弧式螺柱焊接。
6111-T4成分
Si Mg Fe Cu Mn Cr Ti Zn Al 其它
0.6-1.1 0.50-1.0 0.40 0.50-0.9 0.10-0.45 0.10 0.10 0.15 余量 0.15
一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法，包括以下步骤：
A、清洗：将待焊工件焊接区域以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊工件表面油污，其中待焊工件为2mm厚度的6111-T4铝合金轧制板材；
B、工装夹持：焊接位置处的母材背部悬空，仅定位工装对其进行夹持；
C、螺柱焊接：将螺柱焊钉垂直压在待结合的工件表面，
a、选取大规范的焊接工艺参数进行焊接，其中焊接电流800A、通电时间70ms、螺柱焊钉伸出长度4mm、提升高度4mm、提前送气时间1000ms、保护气体流量15L/min，保护气体流量为99.99％的氩气；焊后接头外观成形良好，熔化金属均匀包裹在接头四周。60°弯曲试验结果可以满足ISO 14555(2017)弯曲试验要求。焊接位置的焊后母材背部如图6所示，有裂纹存在。
b、选取小规范的焊接工艺参数进行焊接，其中焊接电流750A、通电时间60ms、伸出长度4mm、提升高度4mm、提前送气时间1000ms、气体流量15L/min、保护气体99.99％Ar；焊后外观成形良好，熔化金属均匀包裹在接头四周。60°弯曲试验示例如图7所示，弯曲结果不满足ISO 14555(2017)弯曲试验要求的情况。焊接位置的焊后母材背部无裂纹存在。
由上述实施例与对比例的对比可以看到，采用本发明公开的支撑工装顶起待焊工件的母材背部，并保证焊接位置区域的工件下表面与支撑工装的上表面之间的间隙在0～0.1mm，是保证焊接位置区域的母材背部不产生裂纹且弯曲试验结果满足要求的关键。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种铝合金钣金件与大规格焊钉的螺柱焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、清洗：将待焊工件焊接区域以及附近25mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊工件表面油污；
B、工装夹持：将待焊工件的母材背部用支撑工装顶起，并保证焊接位置区域的工件下表面与支撑工装的上表面之间的间隙在0～0.1mm，此间隙是保证焊接位置区域的母材背部不产生裂纹的关键，支撑工装应当保证待焊工件在焊接过程中不因焊枪焊接过程中产生的振动而使间隙在0～0.1mm范围之外；
C、螺柱焊接：将螺柱焊钉压在待结合的工件表面，选取大规范的焊接工艺参数进行焊接，其中焊接电流800A、通电时间70ms、螺柱焊钉伸出长度4mm、提升高度4mm、提前送气时间1000ms、保护气体流量15L/min；
D、检验：对焊后工件进行60°弯曲试验和背部裂纹检查。
2.如权利要求1所述的螺柱焊方法，其特征在于，步骤A中待焊工件为2mm厚度的6111-T4铝合金轧制板材。
3.如权利要求1所述的螺柱焊方法，其特征在于，步骤C中螺柱焊钉垂直焊接在待焊工件表面。
4.如权利要求1所述的螺柱焊方法，其特征在于，步骤C中保护气体为99.99％的氩气、氦气或者氮气中一种。
5.如权利要求1所述的螺柱焊方法，其特征在于，螺柱焊钉与待焊工件由同种材料制成。
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