CN113351976A - 一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，用以解决现有薄壁零件和滤网类零件电阻点焊连接技术中存在的单点焊接不稳定和瞬时焊接热输入过大导致焊接飞溅和焊穿向大等问题。本发明包括清洗及装配焊接试件、焊前压紧、焊前预热、焊接和焊后保持压力等步骤，利用多端头电极对焊接试件进行焊接，并采用“加压‑预热‑焊接‑保持”的焊接过程，整个焊接过程持续5ms左右，缩短了焊接下压过程热量积累的时间，提高了焊接效率，提高了产品装配的稳定性，能够有效避免焊接过程产生的飞溅，极大地降低焊接过程中下塌和焊穿等，能够稳定高效且优质地实现薄壁滤网和垫片的电阻点焊连接，为薄壁滤网类零件的焊接提供了一种新的工艺参考。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺。
背景技术
电阻点焊是一种高效稳定的压力焊接技术，具有高效、稳定、低耗、环保和易于实现自动化等诸多优点，能够实现有色金属如铝、镁、铜及其合金有效焊接，在航空航天、轨道交通等诸多行业得到广泛应用。电阻点焊焊接所需热量主要来源于待焊工件之间通电后产生焦耳效应产生的热量，焊接热量主要与焊接电流和焊接时间有直接关系，即“Q=I2RT”，焊接过程中形成的焊接熔核首先在电极压紧后接触形成点状的接触点开始，然后扩展整个电极压紧通电区域，焊接过程迅速完成。由于电阻点焊瞬时产生的焊接热量集中且升温速度较快，短时间内产生的热量较大，尤其是在薄壁零件与滤网类产品焊接过程中难度更大，钢丝编织成型的不锈钢网与薄壁零件间的接触点较多，焊接能量集中点较多，所以焊接时极易将滤网焊穿，且产生飞溅较大，因此在薄壁零件焊接中存在较大的工艺难度。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，解决了现有薄壁零件和滤网类零件电阻点焊连接技术中存在的单点焊接不稳定和瞬时焊接热输入过大导致焊接飞溅和焊穿向大等问题，多端头焊接电极多点同时加压和焊接，实现薄壁零件和滤网类零件的高效、稳定且优质的电阻点焊连接。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，包括如下具体步骤：
步骤S1：清洗薄壁垫片和滤网的焊接区域；
步骤S2：将薄壁垫片和滤网的焊接区域进行对正搭接并形成焊接试件；
步骤S3：将多端头电极垂直紧压在焊接试件上，使多端头电极的触点均布于焊接试件的焊接区域内，并使薄壁垫片和滤网之间形成若个接触点；
步骤S4：焊接试件进入预热阶段：多端头电极将焊接试件压紧后，接通电源并控制多端头电极输出预热电流，在预热电流的作用下，薄壁垫片和滤网之间的接触点形成焊接熔核并使焊接试件初步形成塑性环，完成薄壁垫片和滤网之间的初步连接；
步骤S5：焊接试件进入焊接阶段：预热一定时间后，控制多端头电极输出焊接电流，在焊接电流的作用下，薄壁垫片和滤网之间的焊接熔核逐渐变大，薄壁垫片和滤网之间的接触点熔为一体并发生焊接冶金反应；
步骤S6：焊接试件进入压力保持阶段：焊接阶段结束后，焊接电流变为零，多端头电极持续对焊接试件进行加压，焊接熔核在持续加压过程中固化成型，完成薄壁垫片和滤网之间的刚性连接。
所述步骤S4中预热阶段的预热时间长度为0.5~1.5ms。
所述步骤S4中预热阶段的预热电流为120~180A。
所述步骤S5中焊接阶段的焊接时间长度为1.5~2.5ms。
所述步骤S5中焊接阶段的焊接电流为170~330A。
所述步骤S6中压力保持阶段的持续加压时长为0.5~1.5ms。
本发明的有益效果为：焊接试件装配完成之后，通过多端头电极压紧，保证焊接试件装配过程中位置关系的稳定，有效消除焊接过程中焊接试件受压下移而发生位置变化；压紧之后通入预热电流能够实现焊接能量的初步积累，薄壁垫片和滤网间的接触点开始升温为焊接熔核的形成创造基础条件，能量的前期积累到焊接成型形成一个过渡，避免焊接过程中能量瞬间聚集产生焊接飞溅和下榻；能量在焊接阶段集中产生，焊接熔核在电流持续过程中逐渐变大，薄壁垫片和滤网间的接触点熔为一体；焊接结束后，多端头电极持续对焊接试件进行加压，焊接熔核在持续加压过程中固化成型，薄壁垫片和滤网形成有效连接，从而实现了薄壁零件和滤网类零件的高效、稳定且优质的电阻点焊连接。
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作简单地介绍，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附图。
图1为本发明多端头电极的正视结构示意图；
图2为图1的右侧视图；
图3为本发明薄壁垫片和滤网装配后的正视结构剖视图；
图4为本发明薄壁垫片和滤网装配后的结构俯视图；
图5为本发明焊接过程中压力、电流分别与时间之间的关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，包括如下具体步骤：步骤S1：清洗薄壁垫片1和滤网3的焊接区域，首先进行机械抛光打磨去除薄壁垫片和滤网上的氧化膜，打磨之后使用无水乙醇或丙酮对焊接区域进行清洗，以保证焊接前焊接区域洁净无污，进而保证其焊接效果。步骤S2：如图3、4所示，将清洗后的薄壁垫片1和滤网3的焊接区域进行对正搭接并装配成焊接试件，焊接试件不加工凸点，后续步骤中薄壁垫片和滤网之间的接触点会在多端头电极输出的电流的作用下形成焊接熔核。步骤S1和步骤S2属于焊接前期准备工作，完成步骤S1和步骤S2之后开始进行步骤S3，步骤S3为将多端头电极垂直紧压在焊接试件上，使多端头电极的触点均布于焊接试件的焊接区域内，并使薄壁垫片1和滤网3之间形成若个接触点。具体如图1和图2所示，电极端头下面存在较多的触点，这些触点与电极圆周均布于焊接试件上，且这些触点压在薄壁垫片1和滤网3上从而使薄壁垫片1和滤网3之间形成若个接触点，这些接触点是焊接过程形成焊接熔核的基点，多端头电极多触点同时对焊接试件垂直施压，在压力F的作用下，保证了焊接试件装配过程中位置关系的稳定，有效消除焊接过程中焊接试件在受压下移而发生位置变化，而且消除了薄壁垫片和滤网之间的缝隙并使两者紧密接触，以确保后续焊接过程的焊接效果。
本实施例中的多端头电极的加工主要包括电极装配螺纹、电极端头直径、电极端头数量以及电极端部形状等几个关键因素，其中电极螺纹与焊接电源电极是决定电源电流稳定传导的重要因素，焊接电极的装配螺纹需要与焊接电源输出端紧密结合，且在反复多次焊接后位置关系保持不变，这是焊接电流能够稳定输出的前提，也是焊接焊接过程焊接热输入保持稳定的必备条件，即螺纹间的紧密配合能够保证点焊过程中稳定的焊接热输入；电极端头直径能够决定焊接电极焊接过程中的高温强度，可根据焊接试件的规格和焊点大小要求来确定电极直径大小，合理的电极直径能够保证焊接稳定和电极寿命；电极端部形状是保证焊接过程中电极下压程度和接触电阻的重要因素，本实施例中优选为电极端部为球形，球形电极是薄壁垫片和滤网点焊连接的重要结构，电极端部的球形结构能够有效保证薄壁垫片和滤网压紧过程中的接触电阻，并能够在焊接过程中实现焊接能量的瞬时积累，在焊接过程持续短时间内2.0ms完成焊接过程，以实现焊接试件稳定高效焊接。电极端头数量是保证试件满足焊接设计的前提下最小端头个数，在电极多触点同时对焊接试件垂直施压并使垫片与滤网紧密接触后，在电极端头下面，垫片和滤网两个工件间存多个紧密接触点，这些紧密接触点在焊接电流作用下发生焦耳效应，焦耳效应产生的焦耳热作为焊接能量，在焊接持续过程中形成焊接熔核，焊接熔核最后逐渐变大并熔为一体，最后实现垫片和滤网之间的有效连接。
如图5所示，在0~T1时间段内多端头电极对焊接试件的压力F逐渐增大，并在T1时间点时达到最大，即T1~ T6时间段内多端头电极持续压紧焊接试件，焊接试件被压紧后开始进入步骤S4，即焊接试件进入预热阶段，其时间段为T2~ T3，此时接通电源并控制多端头电极输出预热电流I1，预热电流I1的大小范围为120~180A，其优选为150A，在预热电流I1的作用下，薄壁垫片1和滤网3之间的接触点形成焊接熔核2并使焊接试件初步形成塑性环，完成薄壁垫片1和滤网3之间的初步连接，同时使焊核区域与周围空气隔绝，有利保护焊接熔核成型。此外，预热电流I1能够实现焊接能量的初步积累，薄壁垫片和滤网间的接触点开始升温为焊接熔核的形成创造基础条件，能量的前期积累到焊接成型形成一个过渡，避免焊接过程中能量瞬间聚集产生焊接飞溅和下榻。
本实施例中优选为预热时间长度T2~ T3为1.0ms，而后开始进入焊接阶段，即步骤S5，图5中的T3~ T5时间段为焊接阶段，此阶段是整个焊接过程中持续时间最长的，优选为T3~ T5的时间长度为2.0ms，焊接阶段热量产生最为集中，也是薄壁垫片和滤网这两个工件间形成有效焊接的过程，焊接阶段电流开始增加，此时控制多端头电极输出焊接电流I2，焊接电流I2为预热电流I1的两倍，即优选为焊接电流I2为300A，在焊接电流I2的作用下，薄壁垫片1和滤网3之间的焊接熔核2逐渐变大，薄壁垫片1和滤网3之间的接触点熔为一体并发生焊接冶金反应，这也是整个焊接过程中发生焊接冶金反应最为激烈和最为充分的过程。
步骤S6：焊接试件进入压力保持阶段，焊接阶段结束后，焊接电流I2变为零，多端头电极对焊接试件持续进行加压，即图5中的T3~ T5时间段为压力保持阶段，焊后的压力保持阶段是保证焊接质量的关键阶段，能够有效保护被焊接工件的连接稳定性，该过程持续时间与焊接预热时间相同且均为1.0ms，焊接熔核在持续加压过程中固化成型，完成薄壁垫片和滤网之间的刚性连接。
本实施例中的焊接工艺能够高效稳定地实现薄壁滤网类零件的搭接电阻点焊连接，滤网和支撑环借助专用工装装配完成后，使用电阻点焊焊接，点焊过程采用“加压-预热-焊接-保持”的焊接过程，焊接薄壁滤网规格为δ0.5和δ0.25，焊点圆周局部8个焊点，整个焊接过程持续5ms左右。相对于现有技术研究的薄壁滤网类产品电阻点焊，该焊接工艺缩短了焊接下压过程热量积累的时间，提高了焊接效率，提高了产品装配的稳定性，能够有效避免焊接过程产生的飞溅，极大地降低焊接过程中下塌和焊穿等，能够稳定高效且优质地实现薄壁滤网和垫片的电阻点焊连接，为薄壁滤网类零件的焊接提供了一种新的工艺参考。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)
1.一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，其特征在于：包括如下具体步骤：
步骤S1：清洗薄壁垫片（1）和滤网（3）的焊接区域；
步骤S2：将薄壁垫片（1）和滤网（3）的焊接区域进行对正搭接并形成焊接试件；
步骤S3：将多端头电极垂直紧压在焊接试件上，使多端头电极的触点均布于焊接试件的焊接区域内，并使薄壁垫片（1）和滤网（3）之间形成若个接触点；
步骤S4：焊接试件进入预热阶段：多端头电极将焊接试件压紧后，接通电源并控制多端头电极输出预热电流（I1），在预热电流（I1）的作用下，薄壁垫片（1）和滤网（3）之间的接触点形成焊接熔核（2）并使焊接试件初步形成塑性环，完成薄壁垫片（1）和滤网（3）之间的初步连接；
步骤S5：焊接试件进入焊接阶段：预热一定时间后，控制多端头电极输出焊接电流（I2），在焊接电流（I2）的作用下，薄壁垫片（1）和滤网（3）之间的焊接熔核（2）逐渐变大，薄壁垫片（1）和滤网（3）之间的接触点熔为一体并发生焊接冶金反应；
步骤S6：焊接试件进入压力保持阶段：焊接阶段结束后，焊接电流（I2）变为零，多端头电极持续对焊接试件进行加压，焊接熔核（2）在持续加压过程中固化成型，完成薄壁垫片（1）和滤网（3）之间的刚性连接。
2.根据权利要求1所述的低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，其特征在于：所述步骤S4中预热阶段的预热时间长度为0.5~1.5ms。
3.根据权利要求1或2所述的低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，其特征在于：所述步骤S4中预热阶段的预热电流（I1）为120~180A。
4.根据权利要求3所述的低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，其特征在于：所述步骤S5中焊接阶段的焊接时间长度为1.5~2.5ms。
5.根据权利要求4所述的低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，其特征在于：所述步骤S5中焊接阶段的焊接电流（I2）为170~330A。
6.根据权利要求1或2或5所述的低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺，其特征在于：所述步骤S6中压力保持阶段的持续加压时长为0.5~1.5ms。
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