CN115026381B - 一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法 - Google Patents
一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115026381B CN115026381B CN202210464076.4A CN202210464076A CN115026381B CN 115026381 B CN115026381 B CN 115026381B CN 202210464076 A CN202210464076 A CN 202210464076A CN 115026381 B CN115026381 B CN 115026381B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- current
- time
- welded
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 255
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 33
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
- B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
- B23K9/092—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits characterised by the shape of the pulses produced
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/32—Accessories
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，该方法的步骤包括：材料制备；清洁纯铝和CP线待焊件的表面，夹持固定待焊件；设置焊接设备线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间；设置分阶段电流波形控制不同阶段的热输入，采用缓升电流模式或阶梯电流模式完成纯铝与CP线待焊件的焊接；缓升电流模式中设置焊接电流延迟时间、上升时间、放电时间、线圈电流、线圈通电时间保持不变，调节焊接电流大小；阶梯电流模式中划分三个阶段的热输入，通电总时间、线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间保持不变，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间。本发明通过调节不同阶段的热输入，达到了更好的焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接加工技术领域，具体涉及一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法。
背景技术
在电子精密制造领域，单一金属材料已不能满足发展的需求，异种材料焊接通过不同技术手段将两种或两种以上不同材料以焊接的形式相互连接，形成性能可靠的焊点。铝/钢组成的焊件因其在性能和经济方面优势互补的特点，从而具有良好的发展和应用前景。
铝/钢两种金属在热导率、线性膨胀系数相差较大，焊接过程中极易产生温度不均和膨胀不一致，导致焊后接头存在较大的残余应力，极易产生焊接裂纹等缺陷；铁的熔点1538℃，铝的熔点660℃，较大的熔点差可能出现铝完全熔化时钢很仍处于固态，加上铝/钢的密度差为2.9倍，焊缝难以有效融合、且存在成分不均匀现象。铝材在空气中，表面容易氧化并形成一层难熔的Al2O3氧化膜，该氧化膜易造成焊缝夹渣，与基体结合力较差；铁在铝中的固溶度很小，高温下，铝/钢形成金属间氧化物，导致接头塑性、韧性，强度均变差；过大的热输入会使得铝/钢之间形成脆而厚的金属间化合物(IMC)，从而影响焊接接头的力学性能。
对于异种金属铝和钢的焊接，固体焊接方法如扩散焊、搅拌摩擦焊是通过铝和钢原子在高压、低温相互扩散实现的，但扩散焊需要较长的时间，搅拌摩擦焊需要特定的工件几何形状；激光焊接和电子束焊接已被用于连接铝和钢，其原理是通过熔化铝和钢进行混合和相互扩散，虽然熔焊过程简单，但热输入较大，高的热输入会容易产生厚的金属间化合物，从而降低焊接接头的力学性能；螺柱焊是将螺柱一端与板件(或管件)表面接触，通过不同的热源方式，使待接触面融化或进入热塑性状态后，在顶锻力作用下形成可靠的接头的方法。电容储能焊利用电容将能量存储起来，在焊接时以毫秒的速度顶锻，电容中的能量通过弧光放电使金属瞬间熔化，同时伴随着冲击力挤出过多的熔融金属，在两个工件在界面产生塑性变形，在高温、高压和塑性变形的共同作用下形成焊接接头。
对于异种金属铝/钢的焊接，存在以下缺陷与不足：①固体焊接中扩散焊需要较长的焊接时间，搅拌摩擦焊需要特定的工件几何形状；②熔焊热输入较大，往往会产生粗大的铸态组织，存在相变以及再结晶应力等问题，使接头性能变差。对于互溶度有限、物理化学性能相差较大的铝钢，会因熔焊时的相互扩散作用导致接头部分的化学成分和金相组织不均匀或生成金属间化合物，所以异种金属材料熔焊时应降低融合比。③螺柱焊一般是将直径为3-25mm的螺柱或圆柱状零件焊接到板件或者管件表面，同时需要焊枪和夹具，设备复杂。④电容储能焊主要利用电容储存的能量进行焊接，只能通过改变电容的容量和电压来控制焊接过程，同时如果焊接需要大电流，电容体积较大，不易携带。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，采用阶梯电流波形，通过控制不同阶段的热输入，一方面使起弧更加容易，同时能够更好控制燃弧阶段热量的输入，以解决现有实际生产效率低、焊接质量不稳定的技术问题，通过待焊材料的制备、焊接过程和参数的优化以获得质量优异的焊点。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，包括下述步骤：
材料制备：采用工业纯铝和CP线，将工业纯铝材料矫直后进行切割，干燥后得到纯铝待焊件；
清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面，夹持固定待焊件；
设置工艺参数：设置焊接设备的线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间；
设置分阶段电流波形，控制不同阶段的热输入，采用缓升电流模式或阶梯电流模式完成纯铝待焊件与CP线待焊件的焊接；
缓升电流模式中设置焊接电流延迟时间、上升时间、放电时间、线圈电流、线圈通电时间保持不变，调节焊接电流大小；
阶梯电流模式中划分三个阶段的热输入，三个阶段的热输入的通电总时间保持不变，线圈电流、线圈通电时间、焊接电流延迟时间保持不变，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间。
作为优选的技术方案，所述清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面，具体步骤包括：
利用纯铝或者CP线在酸性或者碱性电解质溶液溶解中选择性自溶解的作用，来抛光整个待焊工件的表面；然后使用无水乙醇浸泡纯铝和CP线除去表面油渍，最后使纯铝和CP线的焊接面干燥。
作为优选的技术方案，所述设置焊接设备的线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间，具体步骤包括：
将焊接设备的线圈电流设置为0-20A，线圈通电时间为0-5ms，焊接电流延迟时间为0-1.4ms。
作为优选的技术方案，在缓升电流模式中，调节焊接电流大小，焊接电流的范围设置为56A-76A。
作为优选的技术方案，在阶梯电流模式中，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间，具体调整步骤包括：
第一阶段焊接电流的范围设置为0A-38A，第一阶段焊接电流通电时间设置为0ms-2.5ms；
第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段焊接电流通电时间设置为1.3ms-6.3ms；
第三阶段焊接电流的范围设置为0A-38A，第三阶段焊接电流通电时间设置为0ms-2.5ms。
作为优选的技术方案，在阶梯电流模式中，保持三个阶段的热输入的通电总时间与缓升模式的通电总时间相同。
作为优选的技术方案，在阶梯电流模式中，第一阶段焊接电流设置为38A，第一阶段焊接电流通电时间设置为2.5ms；
第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段焊接电流通电时间设置为3.8ms或1.3ms；
第三阶段焊接电流设置为0A或38A，第三阶段焊接电流通电时间设置为0ms或2.5ms。
作为优选的技术方案，在阶梯电流模式中，第一阶段焊接电流设置为0A，第一阶段焊接电流通电时间设置为0ms；
第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段焊接电流通电时间设置为3.8ms或6.3ms；
第三阶段焊接电流设置为38A或0A，第三阶段焊接电流通电时间设置为2.5ms或0ms。
作为优选的技术方案，在阶梯电流模式中，第一阶段焊接电流设置为0A，第一阶段焊接电流通电时间设置为1.5ms；
第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段焊接电流通电时间设置为4.8ms；
第三阶段焊接电流设置为0A，第三阶段焊接电流通电时间设置为0ms。
本发明还提供一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接系统，包括：材料制备模块、清洁模块、夹持固定模块和工艺参数设置模块；
所述材料制备模块用于制备得到纯铝待焊件，采用工业纯铝和CP线，将工业纯铝材料使用矫直机构矫直后进行切割，干燥后得到纯铝待焊件；
所述清洁模块用于清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面；
所述夹持固定模块用于夹持固定待焊件；
所述工艺参数设置模块用于设置焊接设备的线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间；
所述工艺参数设置模块设置分阶段电流波形，控制不同阶段的热输入，采用缓升电流模式或阶梯电流模式完成纯铝待焊件与CP线待焊件的焊接；
缓升电流模式中设置焊接电流延迟时间、上升时间、放电时间、线圈电流、线圈通电时间保持不变，调节焊接电流大小；
阶梯电流模式中划分三个阶段的热输入，三个阶段的热输入的通电总时间保持不变，线圈电流、线圈通电时间、焊接电流延迟时间保持不变，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明设置了缓升电流模式以及阶梯电流模式的电流控制方法，通过设置阶梯电流不同阶段的电流大小，解决了不同阶段热输入量控制的技术问题，使电弧的产生和燃烧对焊接过程更加有利，进而达到了更好的焊接质量。
附图说明
图1为本发明基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法的流程示意图；
图2为本发明缓升电流模式下电流为56A的焊接接头宏观形貌示意图；
图3为本发明缓升电流模式下电流为66A的焊接接头宏观形貌示意图；
图4为本发明缓升电流模式下电流为76A的焊接接头宏观形貌示意图；
图5为本发明缓升电流模式下电流为86A的焊接接头宏观形貌示意图；
图6为本发明阶梯电流模式下第一阶段电流为38A，时间为2.5ms，第二阶段电流为76A，时间为3.8ms，第三阶段电流为0，时间为0的焊接接头宏观形貌示意图；
图7为本发明阶梯电流模式下第一阶段电流为38A，时间为2.5ms，第二阶段电流为76A，时间为1.3ms，第三阶段电流为38A，时间为2.5ms的焊接接头宏观形貌示意图；
图8为本发明阶梯电流模式下第一阶段电流为0，时间为0，第二阶段电流为76A，时间为3.8ms，第三阶段电流为38A，时间为2.5ms的焊接接头宏观形貌示意图；
图9为本发明阶梯电流模式下第一阶段电流为0，时间为0，第二阶段电流为76A，时间为6.3ms，第三阶段电流为0，时间为0的焊接接头宏观形貌示意图；
图10为本发明阶梯电流模式下第一阶段电流为0，时间为1.5ms；第二阶段电流为76A，时间为4.8ms，第三阶段电流为0，时间为0的焊接接头宏观形貌示意图；
图11为本发明两种电流模式下的电流波形对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，包括下述步骤：
材料的制备：实验材料采用工业纯铝和CP线(镀锡铜包钢线)。先使用矫直机构将工业纯铝材料进行矫直，然后将拉直的工业纯铝按照每段为20mm的尺寸进行切割，得到待焊接的纯铝。纯铝待焊件的直径为1.2mm，CP线待焊件的直径为0.5mm。本实施例纯铝的型号为1100、1210等纯铝中的一种。
清洁待焊件的表面：分别清洁纯铝和CP线待焊件的焊接表面并使焊接面保持干燥；清洁待焊件表面的步骤包括：利用纯铝或者CP线在酸性或者碱性电解质溶液溶解中选择性自溶解的作用，来抛光整个待焊工件的表面；然后使用无水乙醇浸泡纯铝和CP线除去表面油渍，最后使纯铝和CP线的焊接面干燥。夹持固定待焊件：以纯铝带焊接在左侧动夹具上固定，cp线待焊件在右侧静夹具上固定，保证纯铝线和钢线的轴心在同一水平面上，在两个待焊工件之间提供一定的预紧力。
设置工艺参数：将焊接设备的线圈电流为0-20A(优选使用设定值10.77A)，线圈通电时间为0-5ms(优选1.9ms)，焊接电流延迟时间为0-1.4ms(优选0.5ms)。
提供两种电流模式：缓升电流模式和阶梯电流模式；
启动焊接设备：启动焊接设备完成纯铝待焊件与CP待焊件的焊接。
具体地，本实施例具体对1.2mm直径的纯铝和0.5mm直径的CP线进行对焊，具体步骤包括：
首先制备所需的材料，然后清理待焊件的表面，去除氧化膜和表面污渍，同时保证端面的平整与光滑。夹持固定待焊件，调整千分尺从而提供一定的预紧力。采用缓升电流模式，焊接电流设置为56A，延迟时间设置为0.5ms，上升时间设置为2.5ms，放电时间设置为3.8ms；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图2所示，当焊接电流为56A时，因为焊接电流较低，热输入较小，纯铝和CP熔化量不足，没有足够的熔融金属，焊点成形不规则，工件之间容易产生虚焊，焊接接头的抗拉载荷很低。
实施例2
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用缓升电流模式，焊接电流设置为66A，延迟时间设置为0.5ms，上升时间设置为2.5ms，放电时间设置为3.8ms；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图3所示，使用缓升电流模式，焊接电流为66A时，热输入明显增加，纯铝和cp线上侧的熔滴增大，熔融金属在碰撞过程中能够进行流动和混合，流动性更强，焊点外观相对于实施例1较饱满，抗拉载荷有明显的改善。
实施例3
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用缓升电流模式，焊接电流设置为76A，延迟时间设置为0.5ms，上升时间设置为2.5ms，放电时间设置为3.8ms；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图4所示，使用缓升电路模式，焊接电流为76A时，对于该尺寸的待焊材料热输入合适，待焊工件上形成的熔滴大小适中，工件在碰撞过程中，铝侧熔融金属体积能够合适包裹起钢侧熔融金属，两侧熔滴充分流动和混合，在表面张力的作用下，形成圆锥型的焊点，焊点具有良好的外观，抗拉载荷得到提高。
实施例4
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。焊接电流设置为86A，延迟时间设置为0.5ms，上升时间设置为2.5ms，放电时间设置为3.8ms；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图5所示，使用缓升电流模式，焊接电流为86A时，热输入继续增大，铝侧熔滴体积增大，在熔滴碰撞结合过程中，钢侧的熔滴被挤向一侧凝固，导致形成的焊点偏向一侧，焊点容易偏大，而过大的焊点会影响实际生产过程中产品的气密性。同时两种待焊金属的结合面减小，过高的热输入会使金属间化合物的厚度偏大，可能导致抗拉载荷略微下降。
实施例5
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用阶梯电流模式，第一阶段焊接电流设置为38A，第一阶段电流时间为2.5ms；第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段电流时间为3.8ms；第三阶段焊接电流和时间都设置为0；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图6所示，因为第一阶段电流设置为38A，对工件进行恒温预热，使纯铝(阴极)更容易发射电子，从而促进电弧更加稳定和可靠的产生。从图5中可以看出，焊点成类圆台型。对比实施例3可知，预热的加入使整个焊接过程的起弧更快，相对来说整个过程的，电流和电压同时存在的时间更长，输入量更多，最终在表面张力下形成外观优异的焊点。
实施例6
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用阶梯电流模式，第一阶段焊接电流设置为38A，第一阶段电流时间为2.5ms；第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段电流时间为1.3ms；第三阶段焊接电流为38A，第三阶段焊接时间设置为2.5ms；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图7所示，虽然三个阶段都有电流，但由于熔滴的增大主要集中在第二阶段电路为76A的条件下，因此相对于实施例4来说，整个焊接过程中热输入量减少，焊点外观成扁平型。
实施例7
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用阶梯电流模式，第一阶段焊接电流和电流时间都设置为0；第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段电流时间为3.8ms；第三阶段焊接电流为38A，第三阶段焊接时间设置为2.5ms；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图8所示，相对于实施例6来说，焊接过程虽然没有进行预热，但熔滴的生长集中于76A的焊接电流条件下，第三阶段38A的电流主要起到维弧的作用。因此，热输入的相对增大，使焊点呈锥形，焊接质量良好。
实施例8
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用阶梯电流模式，第一阶段焊接电流和电流时间都设置为0；第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段电流时间为6.3ms；第三阶段焊接电流和焊接时间都设置为0；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图9所示，采用阶梯电流模式的第二阶段来焊接，相比于实施例5来说，整个过程电流都为76A，热输入增多，两种待焊工件上形成的熔滴增大。因此，形成的焊点呈椭球形，外观较为臃肿。
实施例9
本实施例采用实施例1的材料制备和预处理。采用阶梯电流模式，第一阶段焊接电流和设置为0，第一阶段焊接时间设置为1.5ms；第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段电流时间为4.8ms；第三阶段焊接电流和焊接时间设置为0；线圈电流设置为10.77A，线圈通电时间设置为1.9ms，延迟时间为0.5ms。
如图10所示，第一阶段焊接时间为1.5ms的时间内无电流通过，熔滴的生长的能量来源于第二阶段持续4.8ms的76A电流，相对于实施例3来说，工件虽说没有进行预热，但电流增长速率更快，总的来说两种案例总的输入量相差不大。可以观察到焊接外观呈圆锥状，焊点表面情况良好。
实施例10
本实施例还提供一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接系统，基于上述实施例实现基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接，具体包括：材料制备模块、清洁模块、夹持固定模块和工艺参数设置模块；
在本实施例中，材料制备模块用于制备得到纯铝待焊件，采用工业纯铝和CP线，将工业纯铝材料矫直后进行切割，干燥后得到纯铝待焊件；
在本实施例中，清洁模块用于清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面；
在本实施例中，夹持固定模块用于夹持固定待焊件；
在本实施例中，工艺参数设置模块用于设置焊接设备线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间；
在本实施例中，工艺参数设置模块设置分阶段电流波形，控制不同阶段的热输入，采用缓升电流模式或阶梯电流模式完成纯铝待焊件与CP线待焊件的焊接；
在本实施例中，缓升电流模式中设置焊接电流延迟时间、上升时间、放电时间、线圈电流、线圈通电时间保持不变，调节焊接电流大小；
在本实施例中，阶梯电流模式中划分三个阶段的热输入，三个阶段的热输入的通电总时间保持不变，线圈电流、线圈通电时间、焊接电流延迟时间保持不变，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间。
如下表1所示，为各个实施例抗拉载荷的对比，具体如下：
表1不同条件下焊接接头的抗拉载荷表
如图11所示，阶梯电流模式相对于缓升电流模式的优势在于将整个焊接过程的控制分割为不同的控制阶段，可以根据实际情况对各个阶段的焊接参数进行设置，从而更好的控制焊接过程，获得更优异的焊接质量。图11电流突降是由于工件产生分离，电弧电阻远大于接触电阻导致。通过实验测试可得实施例5的情况下，焊接接头外观美观，抗拉载荷最高(为55.19N)，为最优值。
缓升电流模型处于焊接电流从56A到86A的电流区间能够实现本发明的技术效果，经过抗拉载荷的对比表明，在其他焊接参数固定的条件下(具体为第一阶段焊接时间为2.5ms，第二阶段焊接时间为3.8ms等)焊接电流在76A的情况下，焊接质量最佳。
上述各个实施例的结果对比分析具体如下：
实施例1采用缓升电流模式，由于整个过程焊接电流仅为56A，焊接电流较小，所以整个焊接过程的热输入，待焊工件熔化量较少，焊点形成虚焊，经过拉伸机测试得出抗拉载荷仅为21.38N。
实施例2采用电流缓升模式，焊接电流为66A，相对于实施例1来说，焊接电流增大，因此整个焊接过程的热输入增多，焊点成型更加饱满，经拉伸机测试得出焊点的抗拉载荷上升为43.93N。
实施例3采用缓升电流模式，焊接电流为76A，相对于实施例2来说，焊接电流进一步增大，通过多次参数调整测试得出，在该焊接电流下，两种待焊工件的熔滴大小合适，两侧熔滴可以进行充分的混合和流动，形成外观规则的焊点，通过拉伸机测得该实施例下焊接接头的抗拉载荷为50.22N。
实施例4采用缓升电流模式，焊接电流为86A，由于热输入较大，铝侧熔滴明显增大，在焊接接头形成过程中，钢侧的熔滴容易被击倒一侧形成凝固，因此焊接接头外观相对于实施例3来说较差，同时过大的热输入会导致金属间化合物的厚度偏大，从而导致焊接接头的抗拉载荷略微下降为48.41N。
实施例5采用阶梯电流模式，通过第一阶段焊接电流设置为38A，对工件进行预热，促进电弧更加稳定的产生和燃烧。从焊接接头的外观来看，焊接接头呈现圆台型，说明整个焊接过程参数的设置合适且匹配，通过拉伸机测试得出焊接接头的抗拉载荷为55.19N，相对于实施例3有所提高。
实施例6采用阶梯电流模式，三个阶段都设置了焊接电路，但由于第二阶段较高电流输入情况下持续时间较短，所以整个焊接过程的热输入量相对实施例5稍微降低，焊接接头外观呈扁平状，焊接接头的抗拉载荷为45.28N。
实施例7采用阶梯电流模式，第一阶段不设置电流，第三阶段的电流主要起到维弧的作用，整个焊接过程热输入相对合适，焊接接头呈锥形，焊接质量良好，焊接接头的抗拉载荷为49.57N。
实施例8采用阶梯电流模式，整个焊接过程的热输入仅有第二阶段的焊接电流来提供，相对于实施例5来说，焊接外观呈椭球形，较为臃肿，焊接接头的抗拉载荷为47.69N，略微有所下降，
实施例9采用阶梯电流模式，相对于实施例3来说，工件虽说没有进行预热，但电流增长速率更快，总的来说两种案例总的输入量相差不大。可以观察到焊接外观呈圆锥状，焊点表面情况良好，焊接接头的抗拉载荷为50.14N。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，其特征在于，包括下述步骤：
材料制备：采用工业纯铝和CP线，将工业纯铝材料矫直后进行切割，干燥后得到纯铝待焊件，纯铝待焊件的直径为1.2mm，CP线待焊件的直径为0.5mm；
清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面，夹持固定待焊件；
设置工艺参数：设置焊接设备的线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间；
设置分阶段电流波形，控制不同阶段的热输入，采用阶梯电流模式完成纯铝待焊件与CP线待焊件的焊接；
阶梯电流模式中划分三个阶段的热输入，三个阶段的热输入的通电总时间保持不变，线圈电流、线圈通电时间、焊接电流延迟时间保持不变，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间；
在阶梯电流模式中，第一阶段焊接电流设置为38A，第一阶段焊接电流通电时间设置为2.5ms；
第二阶段焊接电流设置为76A，第二阶段焊接电流通电时间设置为3.8ms或1.3ms；
第三阶段焊接电流设置为0A或38A，第三阶段焊接电流通电时间设置为0ms或2.5ms。
2.根据权利要求1所述基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，其特征在于，所述清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面，具体步骤包括：
利用纯铝或者CP线在酸性或者碱性电解质溶液溶解中选择性自溶解的作用，来抛光整个待焊工件的表面；然后使用无水乙醇浸泡纯铝和CP线除去表面油渍，最后使纯铝和CP线的焊接面干燥。
3.根据权利要求1所述基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，其特征在于，所述设置焊接设备的线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间，具体步骤包括：
将焊接设备的线圈电流设置为0-20A，线圈通电时间设置为0-5ms，焊接电流延迟时间设置为0-1.4ms。
4.一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接系统，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法，该系统包括：材料制备模块、清洁模块、夹持固定模块和工艺参数设置模块；
所述材料制备模块用于制备得到纯铝待焊件，采用工业纯铝和CP线，将工业纯铝材料使用矫直机构矫直后进行切割，干燥后得到纯铝待焊件，纯铝待焊件的直径为1.2mm，CP线待焊件的直径为0.5mm；
所述清洁模块用于清洁纯铝待焊件和CP线待焊件的表面；
所述夹持固定模块用于夹持固定待焊件；
所述工艺参数设置模块用于设置焊接设备的线圈电流、线圈通电时间和焊接电流延迟时间；
所述工艺参数设置模块设置分阶段电流波形，控制不同阶段的热输入，采用阶梯电流模式完成纯铝待焊件与CP线待焊件的焊接；
阶梯电流模式中划分三个阶段的热输入，三个阶段的热输入的通电总时间保持不变，线圈电流、线圈通电时间、焊接电流延迟时间保持不变，分别调整三个阶段热输入的焊接电流和对应阶段的焊接电流通电时间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210464076.4A CN115026381B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210464076.4A CN115026381B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115026381A CN115026381A (zh) | 2022-09-09 |
| CN115026381B true CN115026381B (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=83119544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210464076.4A Active CN115026381B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115026381B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4728768A (en) * | 1987-06-19 | 1988-03-01 | General Electric Company | Percussion weld monitoring |
| CN106271010A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 苏州倍声声学技术有限公司 | 微细线储能冲击焊接工艺 |
| CN108890082A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-27 | 唐山松下产业机器有限公司 | 电弧焊接控制方法和装置、以及焊接设备 |
| CN110666329A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-01-10 | 重庆理工大学 | 一种提高铝板和钢板焊接接头耐腐蚀性能的方法 |
| CN211889368U (zh) * | 2020-03-02 | 2020-11-10 | 广州市精源电子设备有限公司 | 逆变式拉弧焊电源 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220072648A1 (en) * | 2020-09-09 | 2022-03-10 | Kth Parts Industries, Inc. | Balanced welding of dissimilar materials |
-
2022
- 2022-04-29 CN CN202210464076.4A patent/CN115026381B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4728768A (en) * | 1987-06-19 | 1988-03-01 | General Electric Company | Percussion weld monitoring |
| CN106271010A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 苏州倍声声学技术有限公司 | 微细线储能冲击焊接工艺 |
| CN108890082A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-27 | 唐山松下产业机器有限公司 | 电弧焊接控制方法和装置、以及焊接设备 |
| CN110666329A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-01-10 | 重庆理工大学 | 一种提高铝板和钢板焊接接头耐腐蚀性能的方法 |
| CN211889368U (zh) * | 2020-03-02 | 2020-11-10 | 广州市精源电子设备有限公司 | 逆变式拉弧焊电源 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 冲击焊及其在电触头组件焊接生产中的应用;崔玉胜;《电工材料》;20200831(第04期);第55-61页 * |
| 铜丝-铝板电容储能冲击焊工艺;赵雪琴等;《焊接技术》;20100128(第01期);第26-29页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115026381A (zh) | 2022-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8253056B2 (en) | Resistance welding method and resistance welding apparatus | |
| CN107999916B (zh) | 一种异种材料的双光束激光-tig复合填丝熔钎焊方法 | |
| CN101468419B (zh) | 感应与电弧复合热源螺柱焊接方法 | |
| JP2003502160A (ja) | クリーニング機能付き持ち上げ放電溶接方法 | |
| CN103433630B (zh) | 一种脉动送丝激光-电弧复合点焊方法 | |
| CN113814535A (zh) | 一种异质钛合金t型接头的焊接方法 | |
| CN105710511A (zh) | 一种合金焊接接头的制备方法 | |
| CN103753029A (zh) | 一种摩擦清理均化下的电弧金属螺柱焊接方法及装置 | |
| CN111360352A (zh) | 一种钨铜合金与铬锆铜合金的钎焊方法 | |
| CN112719594A (zh) | 一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法 | |
| CN113351976A (zh) | 一种低功率多端头电极电阻点焊焊接工艺 | |
| CN115026381B (zh) | 一种基于冲击焊微细异种金属铝和钢的焊接方法 | |
| CN110802323A (zh) | 一种高熵合金电弧-激光复合增材制造的方法 | |
| JP5461399B2 (ja) | 第２の加工片の方向に第１の加工片を複数段階前進させてアークを発生させる短時間スタッド接合法 | |
| CN118002893A (zh) | 一种铝及其合金的仿激光熔化焊接方法 | |
| US6313437B1 (en) | Method for arc welding with melting electrode | |
| CN115476023B (zh) | 电弧螺柱焊接方法及电弧螺柱焊接装置 | |
| KR20210102967A (ko) | 소모성 전극으로 용접 공정을 제어하기 위한 방법 및 이 유형의 제어기를 갖는 용접 장치 | |
| JPH07155948A (ja) | パルスｍａｇ溶接アークスタート制御方法 | |
| Balamurugan et al. | Cold metal transfer (CMT) technology-a review | |
| CN113146047A (zh) | 一种铝合金的激光-电弧复合焊接设备及焊接方法 | |
| CN113953670A (zh) | 一种异种金属拼焊板的焊接方法 | |
| CN113798632A (zh) | 一种电弧熔丝增材制造的成形方法 | |
| US20080135529A1 (en) | Method of resistance butt welding | |
| CN102069282A (zh) | 一种铝基复合材料顶锻等离子弧焊夹具及弧焊方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |