CN115051172A - 异质金属件的复合连接 - Google Patents

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Abstract

异质金属件的复合连接。本发明通过使用导向筒、磁铁、具有螺钉驱动件的电刷环套等连接装置，利用电阻焊工艺实现了异质金属件的方便可靠的复合连接。

Description

异质金属件的复合连接
技术领域
本发明总体涉及一种异质或异种金属件的连接。
背景技术
随着环保和能源问题的日益突出，交通运载工具轻量化已成为运输工业发展的必然选择，而以铝合金等轻质材料取代传统的钢铁材料则是汽车轻量化的最主要的途径。在这种“钢+铝”复合结构里，主要承重件如柱、梁、筋类部件仍使用钢铁材料以确保其安全性，其余覆盖件则采用铝合金等轻质材料以实现运载工具整体的轻量化。因此，铝/钢等异质金属件之间需要牢靠连接。但是，由于铝与钢焊接时在界面容易生成硬脆的金属间化合物，这严重制约了铝/钢异种金属件的可靠连接。
发明内容
本发明的目的是提供一种异质金属件，尤其是钢制件和铝制件之间的可靠连接方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种钢制件与铝制件的连接方法，包括：
分别提供待上下叠置在一起的上部钢制件与下部铝制件；
在钢制件上设置开口朝下的螺纹盲孔；
在铝制件的相应位置上设置与钢制件的螺纹盲孔形状一致的通孔；
提供具有螺纹部分和光杆部分的螺钉，用于通过铝制件的通孔拧入钢制件的螺纹盲孔；
提供导向筒，用于使叠置在一起的钢制件和铝制件上下可移动但不可转动地接收在其中；
提供上电极头，其中上电极头形成有下部导电接触面和内部冷却空腔，电极头的内部冷却空腔中设置有永磁铁；
提供下电极头，其中下电极头具有导电基部和自导电基部向上伸出的轴承固定部，导电基部由此形成凸肩，下电极头的轴承固定部上安装有轴承；
提供电刷环套，其中电刷环套通过所述轴承相对下电极头可转动地安装成与下电极头的导电基部的凸肩形成滑动摩擦接触，电刷环套的顶部固定设置有驱动件，该驱动件用于驱动螺钉转动；
将螺钉接合在电刷环套的驱动件上；
将钢制件与铝制件上下叠置后置入导向筒中，使得螺钉与钢制件的螺纹盲孔与铝制件的通孔相互对准；
转动电刷环套直至螺钉完全拧入钢制件的螺纹盲孔中，并使得电刷环套抵接铝制件；
将上电极头放置在钢制件上，使得其中的永磁铁吸住钢制件中拧入的螺钉，从而使上电极头的下部导电接触面与钢制件的上表面形成压力接触；
对上电极头与下电极头通电进行电阻焊，使得钢制件与铝制件焊接在一起；以及
自导向筒向上取出焊接在一起的钢制件与铝制件。
根据本发明，导向筒优选由绝缘材料制成，从而在电阻焊时还同时起绝缘隔离保护作用。
根据本发明，电阻焊的工艺条件优选为：电流：6-15KA；时长：5-20cycs(1cycs＝0.02s)；压力：1500-3000N。
根据本发明的连接方法，还可以包括：在进行电阻焊之前，在钢制件和铝制件的界面之间铺设中间焊料，所述中间焊料的质量组成为Si：8-10％；Cu：3-5％；Mg：1.5-2.5％；Ga：0.1-0.2％；Y：0.03-0.06％；余量：Al。这种中间焊料进一步扩增和改善了钢铝之间的连接界面。
根据本发明的另一方面，还提供了一种异质金属件连接装置，其包括上述上电极头、下电极头、电刷环套以及导向筒等。
本发明连接方法具有以下优点：
由于磁铁和电刷环套的使用，可以快速可靠地建立电阻焊的电连接；
由于在接头处应用了钢铁螺钉，施加电阻焊后其附近的钢/铝异种材料连接界面可以转化为钢/钢同类材料连接界面，从而形成了牢固可靠的复合连接；
螺纹咬合处通电面积较少，电流密度较大，从而可在较小焊接电流下实现点焊，达到节能效果；
导向筒的使用不但可以方便地精确定位螺钉，还同时保障了螺钉的快速拧入到位，从而提高了工作效率；以及
中间焊料的使用促进了异质连接界面的融合，从而进一步增强了连接的可靠性。
附图说明
图1示出了根据本发明所使用的电阻焊工装的分解示意图；以及
图2示出了根据本发明所使用的电阻焊工装的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明。本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。
如图1和2所示，下面以板状钢制件10和板状铝制件20的连接为例，详细说明本发明。钢制件10可例如由Q235钢制成，铝制件20可例如由A6061铝合金制成。
图1示出了本发明的用于连接钢制件10和铝制件20的电阻焊工装的分解示意图。如图所示，电阻焊装置由上电极头50、下电极头60、电刷环套70、导向筒90等组成。
上电极头50形成有向下凸出的导电接触面和内部冷却空腔52。电极头的内部冷却空腔52中设置有永磁铁51，其用于以磁吸方式将上电极头50定位于钢制件10上，如后所进一步描述。
下电极头60也形成有内部冷却空腔62。下电极头60具有凸台形状，包括导电基部和自导电基部向上伸出的轴承固定部61。导电基部如此形成有导电凸肩64。
电刷环套70通过在下电极头60的轴承固定部61上安装的轴承80可转动地设置在下电极头60上，并与下电极头60的导电基部上形成的凸肩64形成滑动摩擦导电接触。电刷环套70的顶部固定设置有驱动件40。驱动件40用于旋转驱动后面将会描述的螺钉30，并因此具有与螺钉30的驱动配合凹入轮廓33适配的驱动凸出轮廓41。电刷环套70的设置在实现方便可靠导电的同时还避免了的下电极头60上连接的导线的绞线问题。
导向筒90被固定或静止不动的安装，电刷环套70的驱动件40稍稍突伸入其内部。导向筒90的内部轮廓形状与叠置在一起的钢制件10和铝制件20的外形匹配，使得钢制件10和铝制件20可以上下移动但不可转动地设置在其中。导向筒90可以由绝缘材料例如陶瓷材料制成，在后面提及的电阻焊时还同时起绝缘隔离作用。
下面进一步说明如何使用本发明的电阻焊装置来连接钢制件10和铝制件20。
为了将钢制件10和铝制件20更加牢靠地连接在一起，如图1所示，首先在钢制件10上形成螺纹钻孔或盲孔11，并在铝制件20上形成与盲孔11的直径一致的光孔或通孔21。当钢制件10和铝制件上下叠置在一起时，盲孔11与通孔21也上下对准，形成部分螺纹直孔。
接下来，提供与由盲孔11和通孔21所形成的直孔形状一致的钢铁螺钉30，例如45#钢制螺钉。螺钉30的上部31形成与盲孔11的内螺纹适配的外螺纹，其长度对应于盲孔11的深度；螺钉30的下部32没有螺纹，长度对应于通孔21的深度。螺钉30的下部32的端部形成有驱动配合凹入轮廓33，其如上所述与驱动件40的驱动凸出轮廓41相适配。
然后，将螺钉30置于驱动件40上，使得驱动件40的驱动凸出轮廓41形状配合地伸入螺钉的驱动配合凹入轮廓33中。
接下来，将钢制件10和铝制件20上下叠置，并在二者的界面处任选铺设中间焊料12。中间焊料12的质量组成可以为Si：9％；Cu：4％；Mg：2％；Ga：0.15％；Y：0.05％；余量：A。之后将叠置好的钢制件10和铝制件20放入导向筒90中，这时由盲孔11和通孔21所形成的直孔会与螺钉30沿轴向(图中虚线表示的旋转轴方向)自动对准。
然后，转动电刷环套70，使得其上的驱动件40随之转动，驱动件40又驱动螺钉30转动，导致钢制件10和铝制件20在导向筒90中不可转动地下降，直至螺钉30完全拧入盲孔11，这时电刷环套70的顶部亦与铝制件20的下表面形成抵接，如图2所示的工作或组装示意图。
接下来，如图2所示，将上电极头50置于钢制件10上。由于螺钉30此时已经拧入钢制件10，上电极头50的内部冷却空腔52中的磁铁51就会与含铁螺钉30产生磁吸力，从而将上电极头50的导电接触面自动压紧在钢制件10的上表面上而在二者之间建立良好电连接。上电极头50和下电极头60通电后开始执行电阻焊，电流依次经过电极头50、钢制件10、螺钉30、铝制件20、电刷环套70和下电极头60。电阻焊的工艺条件可以为：焊接电流：6-15KA；焊接时长：5-20cycs(1cycs＝0.02s)；电极压力：1500-3000N。
执行电阻焊之后，钢制件10和铝制件20即被牢固地连接在一起，将其自导向筒90向上取出即可。这时，螺钉30附近的连接界面转化为钢/钢同类材料连接界面，使得焊接接头非常牢固。另外，螺钉30附近的中间焊料12熔化，进一步扩增了钢/铝界面的连接。

Claims (5)

1.一种钢制件与铝制件的连接方法，包括：
分别提供待上下叠置在一起的上部钢制件与下部铝制件；
在钢制件上设置开口朝下的螺纹盲孔；
在铝制件的相应位置上设置与钢制件的螺纹盲孔形状一致的通孔；
提供具有螺纹部分和光杆部分的螺钉，用于通过铝制件的通孔拧入钢制件的螺纹盲孔；
提供导向筒，用于使叠置在一起的钢制件和铝制件上下可移动但不可转动地接收在其中；
提供上电极头，其中上电极头形成有下部导电接触面和内部冷却空腔，电极头的内部冷却空腔中设置有永磁铁；
提供下电极头，其中下电极头具有导电基部和自导电基部向上伸出的轴承固定部，导电基部由此形成凸肩，下电极头的轴承固定部上安装有轴承；
提供电刷环套，其中电刷环套通过所述轴承相对下电极头可转动地安装成与下电极头的导电基部的凸肩形成滑动摩擦接触，电刷环套的顶部固定设置有驱动件，该驱动件用于驱动螺钉转动；
将螺钉接合在电刷环套的驱动件上；
将钢制件与铝制件上下叠置后置入导向筒中，使得螺钉与钢制件的螺纹盲孔与铝制件的通孔相互对准；
转动电刷环套直至螺钉完全拧入钢制件的螺纹盲孔中，并使得电刷环套抵接铝制件；
将上电极头放置在钢制件上，使得其中的永磁铁吸住钢制件中拧入的螺钉，从而使上电极头的下部导电接触面与钢制件的上表面形成压力接触；
对上电极头与下电极头通电进行电阻焊，使得钢制件与铝制件焊接在一起；以及
自固定导向筒向上取出焊接在一起的钢制件与铝制件。
2.根据权利要求1的连接方法，其中导向筒由绝缘材料制成。
3.根据权利要求1的连接方法，其中电阻焊的工艺条件为：电流：6-15KA；时长：5-20cycs；压力：1500-3000N。
4.根据权利要求1的连接方法，还包括：在进行电阻焊之前，在钢制件和铝制件的界面之间铺设中间焊料，所述中间焊料的质量组成为Si：8-10％；Cu：3-5％；Mg：1.5-2.5％；Ga：0.1-0.2％；Y：0.03-0.06％；余量：Al。
5.一种异质金属件连接装置，包括权利要求1所述的上电极头、下电极头、电刷环套以及导向筒等。
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