CN115255821A - 延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板，由板体及修磨结构构成，该修磨结构由在板体上间隔均布的修磨凸起构成。本发明还涉及一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的方法，焊接时将铝合金片置于焊接夹具上，通过设置预热电流、预热时间、焊接电流、焊接时间、电极压力、压力维持时间等参数，通过示教机器人程序用机器人控制焊钳的动作，完成铝板的点焊，焊接到20个焊点采用机器人焊钳在电极修磨板上压紧一次，此过程只是施加一定的压力，让电极帽在修磨板上压紧，然后继续焊接20个焊点，焊接完成后采用焊枪修磨器对电极帽进行修磨。本发明能够保证在电极帽长度损耗相同的情况下，提升电极帽的使用寿命。

Description

延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板及方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板及方法。

背景技术

近年来，为实现节能减排的目标，对汽车轻量化的要求越来越高。实现汽车轻量化一是通过优化车身结构，达到轻量化的目的，二是在不影响使用性能的前提下，采用低密度材料代替汽车原材料。铝及铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强、挤压成形性能良好的特点，在汽车轻量化方面得到广泛的应用。

但是，铝合金热膨胀系数比较大，热导率大，表面易形成一层致密的氧化膜，在电阻焊过程中电极帽容易与铝合金表面合金化，采用普通的铬锆铜电极帽连续焊接20个焊点以后电极帽表面会产生较为严重的烧蚀，电极帽合金化比较严重，继续进行焊接，电极帽由于表面烧损严重，会在电极帽与板材接触面产生更多的热量，电极帽与板材合金化会更加严重，同时焊点表面会出现严重的焊接裂纹缺陷，焊点质量难以保证。

为保证焊点质量，需要对电极帽端面进行修磨，去除掉表面烧损继续进行焊接，而对于汽车行业，存在大量的铝合金焊点，每隔20个焊点修磨一次电极帽会消耗大量的电极帽，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构设计科学合理、成本低、能够保证铝合金电阻焊焊点质量、易于实现的一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板及方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板，其特征在于：由板体及修磨结构构成，在所述板体的一端部正反两面上均设置有修磨结构，该修磨结构由在板体上间隔均布的修磨凸起构成。

而且，所述的板体为白钢材质，洛氏硬度在60以上，长宽厚分别为150mm*50mm*5mm，板体上的修磨结构长度为50mm。

而且，所述的修磨凸起为正方形结构，各修磨凸起之间的凹陷部分形成修磨凹槽，修磨凸起的高度为0.1mm-1mm，各修磨凸起之间的距离为0.2mm-0.8mm，各修磨凸起的边长为0.2mm-0.8mm。

一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，对铝合金试片进行化学清洗，去除表面的氧化膜和油污；

步骤2，将清洗完的铝合金试片固定在焊接夹具上，示教点焊机器人焊接路径，准备进行焊接；

步骤3，通电后电极将固定在焊接夹具上的铝合金试片压紧，预加压时间设定为300-500ms，加压时间为200-500ms，电极压力为3-8kN，完成预压操作；

步骤4，对完成预压操作的铝合金试片进行通电预热，预热电流为10-15kA，预热时间60-150ms，利用预热电流产生的热量部分熔化铝合金试片，在5kN-8kN压力下压碎铝合金表面氧化膜；

步骤5，通过焊接电流将铝合金试片焊接在一起，焊接电流40-60kA，焊接时间70-150ms，由此完成通电加热操作；

步骤6，通电加热结束，熔化后的金属在冷却水、电极以及空气散热的条件下开始冷却结晶，内部金属产生收缩，在电极压力的持续作用下减少内部缺陷的产生以及降低残余应力，压力维持时间为300-600ms；

步骤7，焊接完成一个焊点后继续重复上述过程，连续焊接20个焊点，焊接完成后调整电极压力为6-8kN，保证电极端面与电极修磨板垂直，在8kN电极压力下连续压紧3-5s，然后再连续焊接20个焊点，焊接完成后采用电极修磨器去除电极帽表面烧损。

而且，所述对铝合金试片进行化学清洗，去除表面的氧化膜和油污的方法包括如下步骤：

步骤1.1，使用7％的氢氧化钠溶液对铝合金试片碱洗5分钟；

步骤1.2，碱洗后用水进行冲洗，并在30％的硝酸溶液中钝化3分钟；

步骤1.3，钝化后，用水冲洗并吹干；

步骤1.4，吹干后，采用酒精擦拭铝合金试片表面，去除表面油污，并在24小时内完成铝合金试片电阻焊实验。

而且，所述的电极帽为大球面电极帽，电极帽端面球面半径为150mm，电极帽直径为20mm。

本发明的优点和有益效果为：

本延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板及方法，可修磨切掉电极帽表面得烧损材料，通过采用电极施加一定的压力在电极修磨板上进行压紧，可以将电极表面形成的连续的合金层压碎，由于采用的电极修磨板材料硬度远大于电极帽材料，在压紧过程中电极帽表面形成的严重的烧损位置会部分自动修复，同时会在电极表面形成规律分布的凹凸不平的小密点，这些凹凸不平的小密点在铝合金电阻焊通电时可以刺穿铝合金表面形成的不导电的氧化膜，可以使电流均匀的通过电极压紧的铝合金板材，有利于形成一致性较好的焊点，同时在通电过程中会极大降低电极与板材接触面的电阻，减少电极帽的烧损情况，提升电极帽使用寿命。

附图说明

图1为本发明焊接系统示意图；

图2为本发明电极帽的结构示意图；

图3为本发明电极修磨板的结构示意图；

图4为图3的A部放大图；

图5为图3的侧视图；

图6为图5B部分的结构示意图(放大图)。

附图标记说明

1-点焊机器人、2-机器人控制柜、3-焊接控制柜、4-伺服焊钳、5-焊接夹具、6-电极修磨板、7-焊枪修磨器、8-修磨凸起、9-修磨凹槽。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板，其创新之处在于：由板体及修磨结构构成，所述的板体为白钢材质，洛氏硬度在60以上，长宽厚分别为150mm*50mm*5mm，在所述板体的一端部正反两面上均设置有修磨结构，修磨结构的长度为50mm，该修磨结构由在板体上间隔均布的修磨凸起8构成，所述的修磨凸起为正方形结构，各修磨凸起之间的凹陷部分形成修磨凹槽9，修磨凸起的高度a为0.1mm-1mm，各修磨凸起之间的距离b为0.2mm-0.8mm，各修磨凸起的边长c为0.2mm-0.8mm。

工作时的焊接系统，如图1所示，包括点焊机器人1、机器人控制柜2、伺服焊钳4、焊接控制柜3、焊接夹具5以及焊枪修磨器7，所述的焊接机器人由机器人控制柜控制，在焊接机器人的焊接臂端部安装有伺服焊钳，在点焊机器人的前方沿其运动轨迹间隔均布有焊接夹具及焊枪修磨器，在所述的焊接夹具与焊枪修磨器之间设置有电极修磨板6。

与传统的铝点焊系统相比，该焊接系统增加了电极修磨板，电极连续焊接20个焊点以后，电极帽表面会产生一定的电极烧损，形成一些铝铜合金，此时如果不进行修磨处理，后续焊点质量难以保证，此时不采用电极修磨器进行修磨切掉电极帽表面烧损材料，而是采用电极施加一定的压力在电极修磨板上进行压紧，可以将电极表面形成的连续的合金层压碎，由于采用的电极修磨板材料硬度远大于电极帽材料，在压紧过程中电极帽表面形成的严重的烧损位置会部分自动修复，同时会在电极表面形成规律分布的凹凸不平的小密点，这些凹凸不平的小密点在铝合金电阻焊通电时可以刺穿铝合金表面形成的不导电的氧化膜(铝合金电阻焊焊点一致性较差与材料表面形成的不导电的氧化铝薄膜有很大关系)，可以使电流均匀的通过电极压紧的铝合金板材，有利于形成一致性较好的焊点，同时在通电过程中会极大降低电极与板材接触面的电阻，减少电极帽的烧损情况，提升电极帽使用寿命。

铝合金试片电阻焊采用的电极帽如图2所示，由于铝合金焊接需要较大压力，同时要减少焊点缩孔缺陷，因此采用大球面电极帽，电极帽端面球面半径150mm，电极帽直径为20mm，最大内径为15mm，同时这种大球面电极帽在电极修磨板上压紧时容易形成均匀的凹凸压痕。

一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的方法，其创新之处在于：包括如下步骤：

焊前准备

铝合金表面具有一层致密的氧化膜，这层氧化膜对焊点质量影响较大，实验前需对铝合金试片进行化学清洗，以去除表面的氧化膜和油污，具体清洗步骤如下：使用7％的氢氧化钠溶液碱洗5分钟，用水冲洗后在30％的硝酸溶液中钝化3分钟，然后用水冲洗并吹干，最后采用酒精擦拭试片表面，去除表面油污，并在24小时内完成铝合金试片电阻焊实验。

铝合金试片安装及机器人程序调试

将清洗完的铝合金试片固定在焊接夹具上，示教机器人焊接路径，准备进行焊接实验。

焊接过程

焊接过程一次性完成，焊接一个焊点主要包括三个阶段，

第一阶段——预压阶段，通电后电极将铝合金试片压紧，保证电极与铝合金试片充分接触，为后续电流通过提供基础，预加压时间设定为300-500ms，加压时间为200-500ms，电极压力为3-8kN。

第二阶段——通电加热阶段，此阶段包括预热和加热两部分，

预热是上下电极压紧之后，先通过一个较小的焊接电流，利用小电流产生的热量部分熔化铝合金试片，在一定压力下压碎铝合金表面氧化膜，预热电流为10-15kA，预热时间60-150ms；

加热是通过一个大电流将铝合金试片焊接在一起，焊接电流40-60kA，焊接时间70-150ms。

第三阶段——维持阶段，

通电结束后熔化后的金属在冷却水、电极、空气散热的条件下开始冷却结晶，内部金属产生收缩，在电极压力的持续作用下减少内部缺陷的产生以及降低残余应力，压力维持时间为300-600ms。

焊接完成一个焊点后继续重复上述过程，连续焊接20个焊点，焊接完成后调整电极压力为6-8kN，保证电极端面与电极修磨板垂直，在8kN电极压力下连续压紧3-5s，然后再连续焊接20个焊点，焊接完成后采用电极修磨器去除电极帽表面烧损。

以1.5mm5182铝合金试片电阻焊为例：

1.5mm5182铝合金试片电阻焊原理图如图1所示，将2片1.5mm厚5182铝合金试片固定在焊接夹具上，调节预加压时间300ms，加压时间500ms，电极压力4.5kN，预热电流12kA，预热时间100ms，焊接电流48kA，焊接时间120ms，压力维持时间500ms，连续焊接20个焊点，然后调节电极压力为7.5kN，将电极帽在电极修磨板上压紧5s，松开后继续连续焊接20个焊点，焊接完成后对40个焊点进行破拆及拉剪力测试，经检测这40个焊点的拉剪力及焊核直径均满足使用要求，焊点质量良好。

以1.5mm6016铝合金试片电阻焊为例：

1.5mm6016铝合金试片电阻焊原理图如图1所示，将2片1.5mm厚6016铝合金试片固定在焊接夹具上，调节预加压时间300ms，加压时间500ms，电极压力5.5kN，预热电流15kA，预热时间150ms，焊接电流58kA，焊接时间130ms，压力维持时间500ms，连续焊接20个焊点，然后调节电极压力为7kN，将电极帽在电极修磨板上压紧5s，松开后继续连续焊接20个焊点，焊接完成后对40个焊点进行破拆及拉剪力测试，经检测这40个焊点的拉剪力及焊核直径均满足使用要求，焊点质量良好。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板，其特征在于：由板体及修磨结构构成，在所述板体的一端部正反两面上均设置有修磨结构，该修磨结构由在板体上间隔均布的修磨凸起构成。

2.根据权利要求1所述的一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板，其特征在于：所述的板体为白钢材质，洛氏硬度在60以上，长宽厚分别为150mm*50mm*5mm，板体上的修磨结构长度为50mm。

3.根据权利要求1所述的一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的电极修磨板，其特征在于：所述的修磨凸起为正方形结构，各修磨凸起之间的凹陷部分形成修磨凹槽，修磨凸起的高度为0.1mm-1mm，各修磨凸起之间的距离为0.2mm-0.8mm，各修磨凸起的边长为0.2mm-0.8mm。

4.一种基于权利要求1-3任意所述电极修磨板的延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，对铝合金试片进行化学清洗，去除表面的氧化膜和油污；

步骤2，将清洗完的铝合金试片固定在焊接夹具上，示教点焊机器人焊接路径，准备进行焊接；

步骤3，通电后电极将固定在焊接夹具上的铝合金试片压紧，预加压时间设定为300-500ms，加压时间为200-500ms，电极压力为3-8kN，完成预压操作；

步骤4，对完成预压操作的铝合金试片进行通电预热，预热电流为10-15kA，预热时间60-150ms，利用预热电流产生的热量部分熔化铝合金试片，在5-8kN压力下压碎铝合金表面氧化膜；

步骤5，通过焊接电流将铝合金试片焊接在一起，焊接电流40-60kA，焊接时间70-150ms，由此完成通电加热操作；

步骤6，通电加热结束，熔化后的金属在冷却水、电极以及空气散热的条件下开始冷却结晶，内部金属产生收缩，在电极压力的持续作用下减少内部缺陷的产生以及降低残余应力，压力维持时间为300-600ms；

步骤7，焊接完成一个焊点后继续重复上述过程，连续焊接20个焊点，焊接完成后调整电极压力为6-8kN，保证电极端面与电极修磨板垂直，在8kN电极压力下连续压紧3-5s，然后再连续焊接20个焊点，焊接完成后采用电极修磨器去除电极帽表面烧损。

5.根据权利要求4所述的一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的方法，其特征在于：所述对铝合金试片进行化学清洗，去除表面的氧化膜和油污的方法包括如下步骤：

步骤1.1，使用7％的氢氧化钠溶液对铝合金试片碱洗5分钟；

步骤1.2，碱洗后用水进行冲洗，并在30％的硝酸溶液中钝化3分钟；

步骤1.3，钝化后，用水冲洗并吹干；

步骤1.4，吹干后，采用酒精擦拭铝合金试片表面，去除表面油污，并在24小时内完成铝合金试片电阻焊实验。

6.根据权利要求4所述的一种延长铝合金电阻焊电极帽使用寿命的方法，其特征在于：所述的电极帽为大球面电极帽，电极帽端面球面半径为150mm，电极帽直径为20mm。

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