CN110899944B - 提高减振钢板焊接质量的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，属于焊接工艺技术领域。它包括对减振钢板待焊接部位施加外力，逐渐加压至压力为F，保持在压力F一段时间后继续在外力作用下采用小电流对待焊接部位预热使中间阻尼层的树脂融化并流向待焊接部位周边区域，再增大电流进行常规焊接；待焊接完成后，撤除外力；其中，减振钢板的中间阻尼层中添有导电粒子。本发明设计的焊接工艺通过降低钢板上焊接区域的电阻，再按照常规低碳钢板电阻焊标准推荐的焊接电流和时长进行焊接，将电流主体导入到电极所对应的钢板区域，防止较大电流从电极周围的导电粒子处通过，进而降低树脂膨胀爆裂形成孔洞的概率。

Description

提高减振钢板焊接质量的焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种钢板的焊接，属于焊接工艺技术领域，具体地涉及一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺。

背景技术

层压减振钢板是由两层钢板包夹一层有机聚合物构成的三明治金属板材，是钢材生产商开发的一种既满足一定强度要求，又具备声阻尼特性的轻量化材料。作为结构材料，它目前在汽车和航天领域得到愈发重要和广泛的应用，帮助解决产品减重和降噪的痛点。

在汽车领域，层压减振钢板主要应用于车身结构和发动机油底壳结构。车身和油底壳的生产涉及大量电阻焊，最初减振钢板因中间有机聚合物阻尼层的电绝缘性，其可焊性很差，为实现焊接，需先去除焊接处的有机聚合物，使焊接电流构成回路，但需要依赖辅助回路，焊接设备和程序比较复杂。

后来原材料商通过在阻尼层中添加导电粒子，如镍、铜、铝或不锈钢颗粒等来解决导电问题，使减振钢板能像普通低碳钢板一样直接进行电阻焊，但是并非意味着减振钢板的电阻焊工艺与传统板材焊接完全一样。目前焊接领域有关减振钢板并没有公开的公认成熟电阻焊工艺。涉及减振钢板电阻点焊的产品，其生产商一般都是直接套用传统点焊方法。供应商们对减振钢板产品的焊接缺陷缺少认识，对焊接质量缺乏控制和评价能力。

本领域技术人员研究了材料商推荐的焊接工艺下出现的减振钢板，结果发现减振钢板的缺陷率高达70％～80％，进一步地探究其内部结构，如说明书附图的图1所示，减振钢板3的上下部为普通钢板1，中间包含阻尼层 6，阻尼层6中填充导电粒子2，进一步发现减振钢板3的内部熔核7周围出现较多孔洞，非贯穿性孔洞4及贯穿性孔洞5，同时研究发现该孔洞形成机理与普通钢板电阻焊接缩孔完全不同，其可能是由阻尼层6中的导电粒子2在钢板上飞溅引起的。进一步的结合图2可知，在电极加压，焊接电流接通之前，减振钢板内纵向电阻分布如上图所示，电极下方因为压力的挤压，使得局部接触电阻很低。而减振钢板是通过中间的导电粒子导电，由于粒子大小的一致性的问题，总会在电极周围存在较大粒子形成局部电阻低区，所以呈现图中所示的焊前电阻Ri分布。焊接电流接通之后，局部电阻低地会导致电流的聚集，然后导致阻尼层熔化局部电阻进一步降低，从而使得电流集聚更加明显，呈现图中的电流I分布。电流集聚导致热量集聚增加，电极下方的板材在这股热量下熔化，因为电极压力的存在未出现飞溅，最终形成焊核。而电极周围局部热量骤增，熔化树脂，进一步熔化板材，最终熔融钢板飞溅形成孔洞。

该孔洞出现在内部，除了会影响焊接结构强度，且一般焊接试验时还难以发现。车身部件对结构强度有较高要求，这种焊接质量会带来潜在风险。贯穿性孔洞还会导致密封失效。如油底壳的放油螺座采用电阻焊连接到减振钢板，贯穿性孔洞会导致漏油，直接限制了减振钢板的应用。因此需要提供一种焊接工艺能够弥补普通钢板电阻焊接工艺的技术缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺。该工艺通过增大电极下方电阻和周边电阻洼地的电阻差异，以削弱电极周围区域集聚电流的效果。具体的通过降低钢板上焊接区域的电阻，再按照常规低碳钢板电阻焊标准推荐的焊接电流和时长进行焊接，将电流主体导入到电极所对应的钢板区域，防止较大电流从电极周围的导电粒子处通过，进而降低树脂膨胀爆裂形成孔洞的概率。

为实现上述目的，本发明公开了一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，所述减振钢板包括上钢板、下钢板及位于所述上钢板、下钢板之间的中间阻尼层，所述中间阻尼层内填充有导电粒子；它包括对减振钢板待焊接部位施加外力，逐渐加压至压力为F，保持在所述压力F一段时间后继续在外力作用下采用小电流对待焊接部位预热使中间阻尼层的树脂融化并流向待焊接部位周边区域，再增大电流进行常规焊接；待焊接完成后，撤除外力。

进一步地，所述减振钢板待焊接部位中间阻尼层的树脂在小电流I_H作用下融化并在压力F下发生流动，使得待焊接部位与待焊接部位周边区域间的电阻差增大。这是因为在焊接之前先用小电流进行预热，预热时，由于总体电流较小，该部分电流主体全集聚于电极下方，也就是待焊接区域，使电极局部的树脂熔化，由于压力的作用，这部分树脂会向周围流动，从而使电极下方接触电阻大幅下降；而电极周围的电阻洼地，因为热量不足，无法熔化树脂，电阻的变化并不大，由此电极下方和周边电阻差进一步大幅扩大。

进一步地，进行常规焊接时，焊接电流聚集在焊接部位。进行常规焊接时，由于待焊接区域电阻小，焊接电流向电极区域聚集，避免了周边区域分流形成局部热点，也就避免了大颗粒导电粒子因为受热熔融引起飞溅形成孔洞。

进一步地，对减振钢板施加的所述压力F满足低碳钢电阻点焊标准 ISO-14373-2015。

进一步地，对所述减振钢板进行常规焊接的焊接电流为I_W，焊接时间为t₄，且数值均满足低碳钢电阻点焊标准ISO-14373-2015。

进一步地，对所述减振钢板进行预热的小电流I_H及预热时长t_H满足如下数学关系式：

I_H＝(1/3～1/2)I_W，t_H＝(1/4～1/2)t₄。

进一步地，施加电流之前，所述减振钢板待焊接部位在压力F作用下保压时间为t_2,，且t₂大于300ms。

进一步地，所述焊接工艺还包括常规焊接结束后切断电流并继续保持压力F，保持时间为t₅，所述t₅为200～300ms。

进一步地，所述导电粒子包括镍、铜、铝或合金颗粒。

进一步地，所述预热小电流包括矩形式、斜坡式或脉冲式中的一种。

进一步地，所述焊接工艺在工频交流电阻焊机或中频逆变电阻焊机中进行。本发明的有益效果主要体现在如下：

本发明设计的焊接工艺通过焊接前的预压及预热工艺操作使得电极下方待焊接区域电阻和周边电阻洼地的电阻差异增大，待常规焊接时，焊接电流向电极区域集中聚集，降低了周边区域分流形成局部热点带来的金属颗粒熔融飞溅引起的孔洞概率，从而提高了焊接质量。

附图说明

图1为减振钢板采用直接电阻焊的典型缺陷示意图；

图2为减振钢板采用直接电阻焊时内部电阻及电流分布状态；

图3为普通低碳钢板采用直接焊接的工艺示意图；

图4为减振钢板采用本发明设计焊接工艺示意图；

图5为减振钢板采用本发明设计焊接工艺原理示意图；

图6为普通低碳钢板直接焊接工艺和本发明工艺下减振钢板焊接后的内部微观结构示意图；

其中，上述附图中的编号为：

普通低碳钢板1、导电粒子2、减振钢板3、非贯穿性孔洞4、贯穿性孔洞5、阻尼层6、熔核7、电极8、电流分布方向9、待焊接部位10。

具体实施方式

本发明公开了一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，不同于图3所示的普通低碳钢板焊接工艺，如图4所示，它包括在t₁时间段内对减振钢板的待焊接部位施加压力并逐渐加压至压力为F，保持压力为F一段时间，具体的如图4所示的t₂时间段，所述t₂大于300ms。采用矩形式、斜坡式或脉冲式中的一种电流形式对焊接部位预热，其中，预热电流为I_H，预热时长为t_H，减振钢板的中间阻尼层受热融化，并在压力F作用下排挤出焊接区域，由此进一步极大降低焊接区域的电阻。再增大电流至焊接电流I_W，焊接时间为t₄，完成常规焊接工艺，此时，焊接电流按照图5所示的电流分布方向9导入到电极8所对应的待焊接部位10，防止较大电流从电极8 周围的导电粒子2处通过，引起钢板在电极8周围局部温度过高，进而造成阻尼层6中的树脂膨胀爆裂形成孔洞。

在常规焊接结束后切断电流并继续保持压力F，保持时间为t₅，所述t₅为200～300ms，撤销压力F即完成一个焊接点的焊接，重复上述操作过程直至完成整个焊接。

其中，所述I_H的数值满足I_H＝(1/3～1/2)I_W，所述t_H的数值满足 t_H＝(1/4～1/2)t₄。且所述压力F的数值、焊接电流I_W的数值及焊接时间t₄的数值均参照低碳钢电阻点焊标准ISO-14373-2015。

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：

本实施例公开了一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺；

其中，减振钢板厚度1.2mm，阻尼层厚度50um；配合普通低碳钢板厚度0.8mm；

对减振钢板的待焊接部位施加压力并逐渐加压至压力为F，压力F为 3kN，加压时间t₁为300ms；

保持压力F为3kN，保压时间t₂为300ms；

采用小电流I_H预热，电流大小为5kA，时间t₃为80ms；

对减振钢板进行电阻焊，焊接电流I_W为12kA，焊接时间t₄为200ms；

断电保压，继续保持压力F＝3kN，保压时间t₅为250ms；

实施例1为本发明公开的减振钢板电阻点焊工艺，应用于减振钢板和普通钢板配合点焊的结构中，焊点熔核正常形成，焊点周围板材厚度均匀，无孔洞缺陷形成，如附图6中c所示；

实施例2：

减振钢板厚度1.2mm，阻尼层厚度50um；配合普通凸缘螺母，凸缘法兰厚度4mm；

对减振钢板的待焊接部位施加压力并逐渐加压至压力为F，压力F为 8kN，加压时间t₁为300ms；

保持压力F为8kN，保压时间t₂为400ms；

采用小电流I_H预热，大小为8kA，时间t₃为200ms；

对减振钢板进行电阻焊，焊接电流I_W为22kA，焊接时间t₄为400ms；

断电保压，继续保持压力F＝8kN，保压时间t₅为250ms；

实施例2为本发明公开的减振钢板电阻点焊工艺，应用于减振钢板和普通凸缘焊接螺母配合进行焊接的结构中，焊点熔核正常形成，焊点周围板材厚度均匀，无孔洞缺陷形成，如附图6中d所示；

对比例1：

减振钢板厚度1.2mm，阻尼层厚度50um；配合普通低碳钢板，厚度 0.8mm；

对减振钢板的待焊接部位施加压力并逐渐加压至压力为F，压力F为 3kN，加压时间t₁为300ms；

直接焊接，焊接电流I_W为12kA，焊接时间t₄为200ms；

断电保压，保压时间t₅为250ms；

本对比例1为传统低碳钢板电阻点焊工艺，应用于减振钢板和普通钢板配合点焊的结构中，焊点熔核正常形成，但是在焊点周围形成较大甚至是贯穿性孔洞，如附图6中a所示。

对比例2：

减振钢板厚度1.2mm，阻尼层厚度50um；配合普通凸缘螺母，凸缘法兰厚度4mm；

对减振钢板的待焊接部位施加压力并逐渐加压至压力为F，压力F为 8kN，加压时间t₁为700ms；

直接焊接，焊接电流I_W为22kA，焊接时间t₄为480ms；

断电保压，保压时间t₅为250ms；

本对比例2为传统低碳钢板电阻点焊工艺，应用于减振钢板和普通凸缘焊接螺母配合进行焊接的结构中，焊点熔核正常形成，但是在焊点周围形成贯穿性孔洞，如附图6中b所示。

从上述实施例可看出，本发明公开的减振钢板电阻焊工艺，很好的解决了减振钢板在实际电阻焊过程中易出现孔洞的问题，保证了钢板的结构强度，不破坏焊接钢板的表面完整性，使其在有密封要求的场景中依然可用。

对于普通不导电低碳钢板，要解决导电问题以实现焊接，必须先去除焊接部位的树脂胶，构成焊接回路，即将树脂胶熔化并挤出焊接区，具体的是用一导电板使焊接电流从不导电低碳钢板的上表面通过下表面，构成回路，当电流通过上下表面时，由于电极和焊件之间存在接触电阻，在电极和焊件接触处产生热量，阻尼钢板间的树脂胶层被挤出，焊接的主电路导通，产生的焊接热量达到一定值后，即形成焊接点的熔核。对于这种不导电低碳钢板的焊接，不仅需要设置导电旁路，且焊接质量受较多因素影响，如电极形状、导电旁路等，实际操作其它非常繁琐。故这种普通不导电低碳钢板正逐渐被导电低碳钢板所替代。而本发明设计的焊接工艺打破了图3所示的常规焊接工艺，通过焊接前的预压及预热工艺操作使得电极下方待焊接区域电阻和周边电阻洼地的电阻差异增大，待常规焊接时，焊接电流向电极区域集中聚集，降低了周边区域分流形成局部热点带来的金属颗粒熔融飞溅引起的孔洞概率，从而提高了焊接质量。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，所述减振钢板包括上钢板、下钢板及位于所述上钢板、下钢板之间的中间阻尼层，所述中间阻尼层内填充有导电粒子；其特征在于：它包括对减振钢板待焊接部位施加外力，逐渐加压至压力为F，施加电流之前，所述减振钢板待焊接部位在压力F作用下保压时间为t₂，且t₂大于300ms；

保持在所述压力F，继续在外力作用下采用小电流I_H对待焊接部位预热，预热时间为t_H，使中间阻尼层的树脂融化并流向待焊接部位周边区域，再增大电流I_W进行常规焊接，焊接时间为t₄；待焊接完成后，撤除外力；

其中，对所述减振钢板进行预热的小电流I_H及预热时长t_H满足如下数学关系式：I_H＝(1/3～1/2)I_W，t_H＝(1/4～1/2)t₄；

对减振钢板施加的所述压力F满足低碳钢电阻点焊标准ISO-14373-2015；

所述I_W，t₄的数值均满足低碳钢电阻点焊标准ISO-14373-2015。

2.根据权利要求1所述提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺还包括常规焊接结束后切断电流并继续保持压力F，保持时间为t₅，所述t₅为200～300ms。

3.根据权利要求1或2所述提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，其特征在于：所述导电粒子包括镍、铜、铝或合金颗粒。

4.根据权利要求1或2所述提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，其特征在于：所述预热小电流包括矩形式、斜坡式或脉冲式中的一种。

5.根据权利要求1或2所述提高减振钢板焊接质量的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺在工频交流电阻焊机或中频逆变电阻焊机中进行。

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