CN112570867A

CN112570867A - 一种抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法

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Publication number: CN112570867A
Application number: CN201910924495.XA
Authority: CN
Inventors: 王艳俊; 杨上陆
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN112570867B

Abstract

本发明公开了一种抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，属于电阻点焊技术领域，焊接电流包括通电加热阶段、冷却阶段及保压阶段，通电加热阶段焊接电流的电流幅值为15KA‑60KA，通电时间为50ms‑200ms，冷却阶段的电流为0‑15KA，冷却时间为2ms‑40ms。本发明焊接方法，由于冷却阶段的存在，使得焊接热输入稳定，减小焊点内部应力，从而抑制了焊核内部裂纹、气孔等缺陷的生成，从而达到了提高焊点强度的效果。

Description

一种抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法

技术领域

本发明属于电阻点焊技术领域，尤其涉及一种用于抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法。

背景技术

铝合金电阻点焊是当前工业中重要的制造工艺方法。由于铝合金比强度高，是汽车、航空航天等产业中应用较多的一类材料，但由于其凝固收缩率较大，且其合金元素中包含Mg、Si、Cu、Zn等合金元素，在点焊过程中熔核内部极易产生低熔点共晶，在点焊冷却过程中凝固收缩严重，拉应力较大，在熔核内部极易形成裂纹、缩孔等缺陷，缺陷的存在会极大的降低焊点的力学性能，导致焊接结构在较低的受力载荷下发生永久失效，所以阻碍铝合金的电阻点焊应用。

本发明提出了一种利用多阶段焊接电流的点焊方法，来实现抑制铝及铝合金内部缺陷的生成，该发明相比已有方法，工艺简单，成本较低，抑制效果更好。

发明内容

本发明为了解决高强铝合金点焊焊核内部容易出现内部缺陷的难题，提出了一种抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法。

为解决上述问题，本发明提供一种抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，所述方法包括以下步骤：

提供两个或多个铝合金工件，使所述工件形成叠层；

将叠层放置于电阻点焊设备上，使所述叠层的两端与焊接电极相接触；

使焊接电流和电极压力作用在所述叠层上；

所述焊接电流包括多个通电阶段、冷却阶段及一保压阶段，通电阶段焊接电流的电流幅值为15KA-60KA，通电时间为50ms-200ms，冷却阶段的电流幅值为0-15KA，冷却时间为2-40ms。

在另一优选例中，通电加热阶段和冷却阶段的个数大于2个。

在另一优选例中，焊接电流通电加热阶段的电流幅值为20KA-60KA。

在另一优选例中，焊接电流通电阶段的通电时间为60ms-150ms。

在另一优选例中，冷却阶段的电流为0-15KA。

在另一优选例中，电极压力在整个焊接过程中保持恒定。

在另一优选例中，保压阶段的时间为30-200ms。

在另一优选例中，电极压力为3000-10000N。

在另一优选例中，铝合金工件的厚度为0.3-6.0毫米。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

本发明的机理为：在进行铝合金电阻点焊时，采用通电阶段和冷却阶段交替对工件进行焊接的方法，首先通入第一段焊接电流，第一段焊接电流先熔化一部分焊接金属，通入第一段焊接电流一段时间后随即将电流值降低，进入第一冷却阶段，冷却时间短，熔化的金属收缩结晶量少，内部收缩产生的拉应力较小，而在熔核未完全凝固完成时再通入第二段焊接电流，未熔化金属继续受热熔化产生压应力，抵消前一阶段的拉应力，如此往复通多段通电阶段和冷却阶段交替作用于焊接工件，可充分抵消内部凝固收缩的拉应力，降低熔核内存在的应力，从而达到抑制熔核内部裂纹、缩孔等的产生，并随着多段焊接电流的通过逐渐增大焊接熔核，提高焊点强度。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。

图1所示为采用本发明焊接方法的一个示意图；

图2为本发明中实施例1和2所使用焊接电流及电极压力的波形图；

图3为实施例1和2的对比实施例所使用焊接电流及电极压力的波形图；

图4为本发明实施例1中所采用的一种电极帽形状实例；

图5为本发明中实施例2所采用的另一种电极帽形状实例；

图6为实施例1所得焊点截面图；

图7为实施例1对比实施例所得焊点截面图；

图8为实施例2所得焊点截面图；

图9为实施例2对比实施例所得焊点截面图；

附图标记，1-第一焊接电极臂；2-第一焊接电极帽；3-与第一焊接电极帽相接触的铝合金工件；4-与第二焊接电极帽相接触的铝合金工件；5-第二焊接电极电极帽；6-第二焊接电极臂；F-电极压力；I1-第一段焊接电流；I2-第二段焊接电流；I3-第三段焊接电流；t1-第一段焊接电流的通电时间；t2-第一冷却阶段时间；t3-第二段焊接电流的通电时间；t4-第二冷却阶段时间；t5-第三段焊接电流的通电时间；t6-第三焊接电流结束后电极保压阶段时间。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量试验，发现了在铝合金电阻点焊过程中通过多阶段的焊接电流具有有益效果，在此基础上完成了本发明。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示为采用本发明焊接方法的示意图，本发明方法的实施步骤为：

首先将待焊铝合金工件3和4进行堆叠，形成一叠层，值得注意的是本实施例中所示叠层为两层板，但实际上本发明还包括多层工件的堆叠组合，并且工件厚度可以相同或不同，所用铝合金材料包含变形铝合金、铸造铝合金，包括表面有或没有涂层的铝合金基板，例如铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金、铝锌合金、铝铜合金等铝合金。而且其材料状态可以包括各种回火、退火、应变强化、固溶强化等状态。铝基板的厚度为0.3-6.0毫米，优选地为0.5-3.0毫米。

然后，将待焊工件3和4置于电阻点焊设备处。其中电阻点焊设备具有第一焊接电极臂1、第二焊接电极臂6以及第一焊接电极帽2和第二焊接电极帽5。使叠层工件一端与第一焊接电极帽2相接触，另一端与第二焊接电极帽5相接触。两焊接电极臂1和6通常是具有较大自动化焊接操作中的一部分，一般包括C型、X型和其他种类的结构形状，通常是由机器人或自动化部件来实现的。电极帽2和5可以由任何导电和导热材料制成，例如可由铜合金制成，包括铜铬(CuCr)合金、铜铬锆(CuCrZr)合金，添加氧化铝颗粒的铜合金或其他各种的可用作电极材料的铜合金，其焊接面可为球面、端平面以及其他特殊形状面。

最后，通过两侧焊接电极帽对待焊叠层工件施加压力及具有多个通电阶段和冷却阶段的焊接电流，在叠层工件内部形成完整熔核。

优选地，通电阶段和冷却阶段的阶段数大于2个。需要说明的是，多个通电焊接电流的幅值可以相同也可以不同，多个通电加热阶段的时间可以相同也可以不同。多个冷却阶段的电流幅值可以相同或也可以不同，多个冷却阶段的冷却时间可以相同也可以不同。

实施例1

将两厚度均为2mm的7075-T6铝合金工件叠加在一起形成一叠层，放置于电阻点焊设备上，使叠层的两端与焊接电极帽相接触。如图2所示，首先通过两侧焊接电极帽对叠层施加大小为4000N的电极恒定压力F，此压力的持续时间优选地为50ms-300ms,更优地为60-200ms，然后通入第一段焊接电流I1，通入第一段焊接电流一段时间后随即将电流值降为零，进入第一冷却阶段，冷却后再通入第二段焊接电流I2，随后将电流值降为零，进入第二冷却阶段，第二冷却阶段过后再通入第三段焊接电流I3，最后进入第三冷却阶段即保压阶段。其中三段焊接电流的幅值均为30KA，三段电流的通电时间t1、t3、t5均为90ms，第一、二冷却阶段的冷却时间t2、t4均为15ms，保压阶段时间t6为50ms。

需要说明的是，三段焊接电流均为中频直流电，冷却与保压阶段的电流值均为零，本实施例中所用电极帽为一对焊接面为球面的电极帽，如图4所示。

如图6所示为使用本实施例方法所得到的铝合金焊点的截面金相图，可以看出，在熔核内部基本没有缩孔、裂纹等产生。

实施例1对比实施例

如图3所示，为未使用本发明方法，采用与实施例1相同的电极帽，使用普通单脉冲进行焊接的方法，其中焊接电流I为30KA，焊接时间t为150ms，电极压力F为4000N，保压时间为50ms；图7为此实例所得焊点截面的金相图，从图可看出在熔核内部存在大量的缩孔、裂纹等缺陷。

实施例2

如图5和9所示，本实施例与实施例1类似，与之不同的是，焊接电极帽截面形状为中心凹陷、边缘具有环状凸起的电极帽。

如图8所示为使用本实施例方法所得到的铝合金焊点的截面金相图，可以看出，在熔核内部基本没有缩孔、裂纹等产生。

实施例2对比实施例

如图3所示，为未使用本发明方法，使用普通单脉冲的焊接方法，其中焊接电流为30KA，焊接时间为150ms，电极压力F为4000N，保压时间为50ms的对比实例，其中电极帽与实施例2的电极帽相同；图9为对比实例所得焊点截面的金相图，可看出在熔核内部存在大量的缩孔、裂纹等缺陷。

由本发明方法和对比实施例可看出，使用本发明方法可以有效的抑制铝合金电阻点焊内部裂纹、缩孔等缺陷的产生。在使用不同的电极帽时，使用本发明方法仍可以有效的抑制铝合金电阻点焊内部裂纹、缩孔等缺陷的产生。

尽管本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做出的种种的等效的变化或替换，均属于本发明保护的范围。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，所述方法包括以下步骤：

提供两个或多个铝合金工件，使所述工件形成叠层；

使焊接电流和电极压力作用在所述叠层上；

其特征在于，所述焊接电流包括多个通电阶段、冷却阶段及一保压阶段，所述通电加热阶段焊接电流的电流幅值为15KA-60KA，通电时间为50ms-200ms，冷却阶段的电流幅值为0-15KA，冷却时间为2-40ms。

2.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述通电加热阶段和所述冷却阶段的个数大于2个。

3.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述焊接电流通电加热阶段的电流幅值为20KA-60KA。

4.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述焊接电流通电阶段的通电时间为60ms-150ms。

5.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述冷却阶段的电流为0-15KA。

6.根据权利要求1所述一直铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述冷却阶段的时间为2-40ms。

7.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述电极压力在整个焊接过程中保持恒定。

8.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述保压阶段的时间为30-200ms。

9.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述电极压力为3000-10000N。

10.根据权利要求1所述抑制铝合金电阻点焊熔核内部缺陷产生的方法，其特征在于，所述铝合金工件的厚度为0.3-6.0毫米。