CN111230275A - 一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺 - Google Patents

一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，所述工艺包括下述步骤：步骤一、将铝合金板和钢板线切割加工成长度和宽度一致的板材；步骤二、打磨、清洗；步骤三、在电极带式电阻电焊机的两个电极头外表面分别安装不同电阻的电极带；步骤四、先用一个持续时间为50ms的脉冲电流将铝合金板表面氧化膜击碎，脉冲电流为6kA，同时辅以2kN的压力消除板材间隙；然后使用持续时间为400ms的峰值电流进行点焊，步骤五、对焊接接头的可靠性进行检查。本发明可以有效地确保一定厚度范围内铝钢异种金属的点焊接头成形与质量，大大提高生产效率。

Description

一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其是一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺。
背景技术
点焊是指焊接时利用柱状电极，在两块搭接工件接触面之间形成焊点的焊接方法。点焊时先加压使工件紧密接触，随后接通电流，在电阻热的作用下工件接触处熔化，冷却后形成焊点。点焊可分为单点焊及多点焊。多点焊是用两对或两对以上电极，同时或按自控程序焊接两个或两个以上焊点的点焊。点焊是一种高效、经济且重要的连接方法，尤其适用于焊接不要求气密、厚度小于3mm的冲压或轧制的薄板搭接构件。
随着汽车行业的不断发展，车身轻量化成为发展的趋势，因此铝/钢异种金属连接的构件越来越多，主要是由于铝/钢异种金属焊接工件既能保证足够的结构强度，又能减轻整体构件的质量。在铝钢点焊过程中，由于铝合金表面存在氧化膜，会造成电极的污染，需要经常修磨电极头，工作效率较低。因此，需要设计一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺。
本发明通过下述方案实现：
一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，所述工艺包括下述步骤：
步骤一、将铝合金板和钢板线切割加工成长度和宽度一致的板材；
步骤二、打磨铝合金板和钢板表面，首次去除表面氧化膜，在超声波辅助下用丙酮溶液对钢板表面的油污进行清洗；
步骤三、在电极带式电阻电焊机的两个电极头外表面分别安装不同电阻的电极带，所述铝合金板与电阻较小的电极带对应接触，所述钢板与电阻较大的电极带对应接触；
步骤四、先用一个持续时间为50ms的脉冲电流将铝合金板表面氧化膜击碎，脉冲电流为6kA，同时辅以2kN的压力消除板材间隙；然后使用持续时间为400ms的峰值电流进行点焊，焊接峰值电流为18kA；在峰值电流作用过程中，两个电极头之间的压力值保持在5kN之间；继续调整焊接电流为12KA和压力至4KN，将工件在该电流和压力下焊接150ms；进一步续调整焊接电流为6KA和压力至3KN，将工件在该电流和压力下焊接100ms；
步骤五、对焊接接头的可靠性进行检查。
在步骤一中，所述铝合金板的材质为6061铝合金，所述铝合金板的厚度为1.5-2毫米；所述钢板为高强度镀锌钢板，所述钢板的厚度为1-1.5毫米。
在步骤二中，所述超声波的频率为22～25kHz，所述超声波的声能密度为0.08～0.1W/cm2。
在步骤五中，对焊接接头的可靠性进行检查包括将接头制成拉伸试样，通过万能拉伸机测试接头的最大拉剪力；用显微硬度计测试焊接接头的硬度；采用线切割沿焊接接头熔核中心线切取试样，试样经镶嵌、抛光后超声清洗、烘干，用5％的Keller试剂进行腐蚀，分析焊接接头的微观组织。
在步骤二中，打磨铝合金板后还将待焊接的铝合金板置于氢氧化钠溶液中浸泡2分钟，浸泡后清洗；然后将待焊接的铝合金板置于质量百分比浓度为15％的硝酸溶液中浸泡2min，浸泡后清洗；用清水冲洗后，再用温水清洗干净；然后将铝合金板置于重铬酸钾溶液中钝化处理；最后将待焊接工件再置于质量百分比浓度为10％的硝酸溶液中进行亮化处理，亮化处理后清洗干燥即可备用。
所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为10％。
本发明的有益效果为：
本发明一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺有效地确保一定厚度范围内铝钢异种金属的点焊接头成形与质量，大大提高生产效率；为了减慢新膜的成长速度和填充新膜孔隙，将待焊接的铝合金板置于质量百分比浓度为15％的硝酸溶液中浸泡2min，在腐蚀的同时还可以进行纯化处理，提高了焊接后焊接接头的性能。由于异种金属电阻值不同会造成两侧点焊时产生电阻热差值过大，本发明通过两侧电极带的热补偿减小异种金属点焊时热量差异，提升接头性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，所述工艺包括下述步骤：
步骤一、将铝合金板和钢板线切割加工成长度和宽度一致的板材；
步骤二、打磨铝合金板和钢板表面，首次去除表面氧化膜，在超声波辅助下用丙酮溶液对钢板表面的油污进行清洗；
步骤三、在电极带式电阻电焊机(本实例中，选择奥地利福尼斯公司的相关设备，电极带式电阻电焊机的具体结构、原理、工作过程为公知技术，在此不再赘述)的两个电极头外表面分别安装不同电阻的电极带，所述铝合金板与电阻较小的电极带对应接触，所述钢板与电阻较大的电极带对应接触；
步骤四、先用一个持续时间为50ms的脉冲电流将铝合金板表面氧化膜击碎，脉冲电流为6kA，同时辅以2kN的压力消除板材间隙；然后使用持续时间为400ms的峰值电流进行点焊，焊接峰值电流为18kA，本阶段是形成焊核的主要阶段，通过电流产生的电阻热和合适的焊接压力共同作用下形成焊核；焊接电流是该种焊接方法的能量来源，而焊接压力是保证工件接触电阻的必要条件，在峰值电流作用过程中，两个电极头之间的压力值保持在5kN之间；继续调整焊接电流为12KA和压力至4KN，将工件在该电流和压力下焊接150ms；进一步续调整焊接电流为6KA和压力至3KN，将工件在该电流和压力下焊接100ms；后续两个阶段包括锻压压力和热处理电流，其中锻压压力的作用是压实焊核，防止出现焊接缺陷，如裂纹缩孔等；热处理电流的作用是对铝合金进行回火处理，提高接头力学性能，同时使熔池缓慢冷却，防止出现热裂纹等焊接缺陷。
步骤五、对焊接接头的可靠性进行检查。
在步骤一中，所述铝合金板的材质为6061铝合金，所述铝合金板的厚度为1.5-2毫米；所述钢板为高强度镀锌钢板，所述钢板的厚度为1-1.5毫米。
在步骤二中，所述超声波的频率为22～25kHz，所述超声波的声能密度为0.08～0.1W/cm2。
在步骤五中，对焊接接头的可靠性进行检查包括将接头制成拉伸试样，通过万能拉伸机测试接头的最大拉剪力；用显微硬度计测试焊接接头的硬度；采用线切割沿焊接接头熔核中心线切取试样，试样经镶嵌、抛光后超声清洗、烘干，用5％的Keller试剂进行腐蚀，分析焊接接头的微观组织。
在步骤二中，打磨铝合金板后还将待焊接的铝合金板置于氢氧化钠溶液中浸泡2分钟，浸泡后清洗；然后将待焊接的铝合金板置于质量百分比浓度为15％的硝酸溶液中浸泡2min，浸泡后清洗；用清水冲洗后，再用温水清洗干净；然后将铝合金板置于重铬酸钾溶液中钝化处理；最后将待焊接工件再置于质量百分比浓度为10％的硝酸溶液中进行亮化处理，亮化处理后清洗干燥即可备用。
所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为10％。
本申请采用电极带式电阻电焊机，将电极头外表面安装电极带，没焊接一个点后电极带就会转动，这样对于每个焊点来说，每个焊点都是用新的电极头来焊接，保证了电极头表面的清洁，降低了成本，节约了时间。而且在增加电极带后，焊接区域的电阻增加了，增加的电阻包括材料电阻、电极头与电极带之间的接触电阻、电极带与待焊接的工件的接触电阻，导致温度发生了变化，这样本申请可以采用更低的电流来熔化相同的母材，使得本申请的能耗降低50％以上。本申请的电极带紧紧与待焊接的工件贴合，焊接过程中不会发生飞溅。
铝合金板的厚度为1.5-2毫米；所述钢板为高强度镀锌钢板，所述钢板的厚度为1-1.5毫米。
分别选择三种板厚的材料进行焊接，具体为：铝合金板的厚度为1.5毫米，钢板的厚度为1毫米；铝合金板的厚度为1.5毫米，钢板的厚度为1.5毫米；铝合金板的厚度为2毫米，钢板的厚度为1.5毫米。对这三种板厚的焊接接头进行检测，其结果详见表1。从表1中可以看出，本申请焊接后熔核的直径能达到4.3mm以上，接头的最大拉剪力可达2.5kN以上，焊核表面硬度的可达29HV以上。且焊接工件表面没有出现明显压痕，焊核的偏移量也很小。
另外通过采用线切割沿焊接接头熔核中心线切取试样，试样经镶嵌、抛光后超声清洗、烘干，用5％的Keller试剂进行腐蚀，分析焊接接头的微观组织，本申请的焊接接头从铝侧向钢侧依次为铝合金熔核、铝/钢界面、高强钢热影响区。铝合金熔核主要由胞状晶和树枝晶组成，铝/钢界面主要为A1和Fe金属间化合物，高强钢热影响区主要由铁素体组成。焊接接头的界面靠近高强钢侧金属间化合物层显微硬度最高，靠近铝合金侧金属间化合物硬度次之，铝合金显微硬度最低。
表1不同板厚的焊接接头性能参数
Figure BDA0002374295930000061
Figure BDA0002374295930000071
管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，其特征在于：所述工艺包括下述步骤：
步骤一、将铝合金板和钢板线切割加工成长度和宽度一致的板材；
步骤二、打磨铝合金板和钢板表面，首次去除表面氧化膜，在超声波辅助下用丙酮溶液对钢板表面的油污进行清洗；
步骤三、在电极带式电阻电焊机的两个电极头外表面分别安装不同电阻的电极带，所述铝合金板与电阻较小的电极带对应接触，所述钢板与电阻较大的电极带对应接触；
步骤四、先用一个持续时间为50ms的脉冲电流将铝合金板表面氧化膜击碎，脉冲电流为6kA，同时辅以2kN的压力消除板材间隙；然后使用持续时间为400ms的峰值电流进行点焊，焊接峰值电流为18kA；在峰值电流作用过程中，两个电极头之间的压力值保持在5kN之间；继续调整焊接电流为12KA和压力至4KN，将工件在该电流和压力下焊接150ms；进一步续调整焊接电流为6KA和压力至3KN，将工件在该电流和压力下焊接100ms；
步骤五、对焊接接头的可靠性进行检查。
2.根据权利要求1所述的一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，其特征在于：在步骤一中，所述铝合金板的材质为6061铝合金，所述铝合金板的厚度为1.5-2毫米；所述钢板为高强度镀锌钢板，所述钢板的厚度为1-1.5毫米。
3.根据权利要求1所述的一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，其特征在于：在步骤二中，所述超声波的频率为22～25kHz，所述超声波的声能密度为0.08～0.1W/cm2。
4.根据权利要求1所述的一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，其特征在于：在步骤五中，对焊接接头的可靠性进行检查包括将接头制成拉伸试样，通过万能拉伸机测试接头的最大拉剪力；用显微硬度计测试焊接接头的硬度；采用线切割沿焊接接头熔核中心线切取试样，试样经镶嵌、抛光后超声清洗、烘干，用5％的Keller试剂进行腐蚀，分析焊接接头的微观组织。
5.根据权利要求1所述的一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，其特征在于：在步骤二中，打磨铝合金板后还将待焊接的铝合金板置于氢氧化钠溶液中浸泡2分钟，浸泡后清洗；然后将待焊接的铝合金板置于质量百分比浓度为15％的硝酸溶液中浸泡2min，浸泡后清洗；用清水冲洗后，再用温水清洗干净；然后将铝合金板置于重铬酸钾溶液中钝化处理；最后将待焊接工件再置于质量百分比浓度为10％的硝酸溶液中进行亮化处理，亮化处理后清洗干燥即可备用。
6.根据权利要求5所述的一种适用于铝钢异种金属的带极点焊焊接工艺，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为10％。
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