CN115476026A - 一种电阻点焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电阻点焊方法，包括：电极端面压纹，在所述电极端面之间放置电极模具，采用第一压力值向所述电极端面加压使所述电极端面形成网纹结构；对预设数量的焊接点进行焊接，并设置相邻焊接点之间的间隔时间，将待焊接工件放置在电极端面之间，采用第二压力值向所述电极端面进行加压并保持，采用第一焊接电流对所述待焊接工件进行预处理，采用第二焊接电流对所述待焊接工件进行焊接，设定回火时间使所述待焊接工件冷却。
Description
技术领域
本发明涉及异质材料焊接工艺技术领域，具体地，涉及一种电阻点焊方法。
背景技术
随着汽车轻量化技术的发展，铝合金轻质材料越来越广泛的应用于汽车制造领域，铝合金表面容易形成氧化层，在焊接过程中,铜电极与工件发生合金化反应引起烧损，电极帽表面局部侵蚀，阻碍电流形成回路。随着焊接点数的增加，电极帽侵蚀严重，电极帽与工件间的电阻越来越大，焊接热量也会分散到电极帽与工件间，焊接质量也越来越差。为保证焊接质量，需要不断对电极帽进行修磨，制约了汽车生产线的生产效率提升，增加了电极消耗成本。所以如何提升铝点焊单次修磨内可焊接点数是行业研究的难点。
发明内容
为解决上述问题的至少一个方面，本发明提供一种电阻点焊方法，包括：电极端面压纹，在所述电极端面之间放置电极模具，采用第一压力值向所述电极端面加压使所述电极端面形成网纹结构；对预设数量的焊接点进行焊接，将待焊接工件放置在电极端面之间，采用第二压力值向所述电极端面进行加压并保持，采用第一焊接电流对所述待焊接工件进行预处理，采用第二焊接电流对所述待焊接工件进行焊接，设定回火时间使所述待焊接工件冷却。
优选地，所述电极端面为曲面，曲率半径为100mm-150mm。
优选地，所述电极模具包括压纹部和夹持部，所述压纹部对称分布在所述电极模具的上下表面，所述压纹部具有网纹结构。
优选地，所述压纹部的网纹结构为四棱台型，相邻四棱台的间距为0.6mm-1.5mm，四棱台的纵向深度为0.3mm-0.6mm，四棱台的端面宽度为0.1mm-0.3mm。
优选地，所述电极模具采用硬度大于等于HRC60的碳素钢材料。
优选地，所述采用第一压力值向电极端面加压使电极端面形成纹路步骤中，所述第一压力值为6KN-8KN，向所述电极端面加压的时间为3s-6s。
优选地，所述采用第一焊接电流设对待焊接工件进行预处理的步骤中，所述第一焊接电流为10KA-15KA，持续时间为20ms-100ms。
优选地，所述采用第二焊接电流对待焊接工件进行焊接步骤中，所述第二焊接电流为35KA-45KA，持续时间为60ms-100ms。
优选地，所述设定回火时间使所述待焊接工件冷却步骤中，所述回火时间为200ms-400ms。
优选地，所述第二压力值为4.5KN-6.5KN。
优选地，所述对预设数量的焊接点进行焊接的步骤中，所述预设数量为20个-40个。
本发明实施例的电阻点焊方法具有如下有益效果：
(1)通过在电极端面压纹步骤使电极端面形成与电极模具的压纹部对应的网纹结构，通过设定焊接点的数量对电极端面压纹步骤之间的焊接点数量进行控制，以便及时对电极端面网纹结构进行维持，以提高焊接效果，并延长电极寿命。
(2)通过控制第一焊接电流和第二焊接电流的强度减小电极侵蚀现象，增加电极单次焊接点数，减少电极修磨次数和修磨量，延长电极寿命。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1示出了根据本发明实施例的电阻点焊方法中的电阻点焊系统的电极和电极模具的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的电阻点焊方法中的电极的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的电阻点焊方法中的电极模具的压纹部结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的电阻点焊方法中的电极模具的压纹部的另一结构示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的电阻点焊方法的焊接点金相图。
附图标记说明：
10、电极；11、电极端面；20、电极模具；21、压纹部；22、夹持部；23、限位部。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本公开的一个实施例提出了一种电阻点焊方法，包括：
步骤A，电极端面压纹，在电极端面之间放置电极模具，采用第一压力值向电极端面加压使电极端面形成网纹结构。
步骤B，对预设数量的焊接点进行焊接，将待焊接工件放置在电极端面之间，采用第二压力值向电极端面进行加压并保持，采用第一焊接电流对待焊接工件进行预处理，采用第二焊接电流对所述待焊接工件进行焊接，设定回火时间使待焊接工件冷却。
具体地，在本实施例中，采用电阻点焊系统实施本实施例方法的步骤，其中，电阻点焊系统包括控制器、点焊装置、驱动装置和电极模具，电阻点焊系统的控制器通过与点焊装置和驱动装置的通信连接，以控制点焊装置和驱动装置的操作，其中，包括点焊装置的两电极的压力值、电流和电压强度调节，以及控制器通过驱动装置移动电极模具20使电极模具20停放在两电极10之间或者从两电极10之间移开。
如图1所示，点焊装置上设置有电极10，点焊装置的电极10的电极帽采用套筒结构，套筒结构的侧壁为圆柱形壳体，套筒结构的底面为电极端面11，套筒结构的侧壁采用20mm的直径，电极端面11采用曲面结构，曲率半径为100mm-150mm，导电率≥90％的电极材料，电极经过500摄氏度的4-8小时的失效工艺处理方式。
电极模具20采用平板结构，电极模具20的至少一侧设置压纹部21，压纹部21包括紧密连接的多个凸起。
具体地，如图1-图4所示，在本实施例中，电极模具20为具有一定厚度的平板结构，平板结构的上表面为电极模具20的第一侧，平板结构的下表面为电极模具20的第二侧。压纹部21对称分布在电极模具20的第一侧和第二侧，以便于将电极模具20放置在点焊装置的第一电极和第二电极之间进行挤压，以在第一电极和第二电极的电极端面11上形成网纹结构。
本领域技术人员可以理解地，在另外的实施例中，压纹部21设置在电极模具20的一侧，压纹部21覆盖电极模具20一侧表面。在其他的实施例中，压纹部21设置在电极模具20的一侧，电极模具20的一侧表面至少部分的设置压纹部21。
在本实施例中，压纹部21的多个凸起为四棱台结构，相邻四棱台的间距为0.6mm-1.5mm。具体地，如图2和图3所示，四棱台的上端面面积小于下端面的面积，相邻四棱台的下断面相邻底边紧密连接，四棱台的上端面和下断面均为正方形结构。相邻四棱台的上端面中线之间的距离即相邻四棱台的间距为0.6mm-1.5mm。压纹部的四棱台结构的纵向深度为0.3mm-0.6mm。压纹部的四棱台结构的端面宽度为0.1mm-0.3mm。
在一实施例中，压纹部21的相邻四棱台结构的间距为0.6mm，四棱台结构的纵向深度为0.3mm。四棱台结构的端面宽度为0.1mm。在另一实施例中，压纹部21的相邻四棱台结构的间距为1.5mm，四棱台结构的纵向深度为0.6mm。四棱台结构的端面宽度为0.3mm。在又另一实施例中，压纹部21的相邻四棱台结构的间距为1.0mm，四棱台结构的纵向深度为0.4mm。四棱台结构的端面宽度为0.2mm。在又一实施例中，压纹部21的相邻四棱台结构的间距为1.2mm，四棱台结构的纵向深度为0.6mm。四棱台结构的端面宽度为0.3mm。
在本实施例中，电极模具20还包括夹持部22，夹持部22用于提供移动电极模具20的操作部。具体地，如图1至图4所示，电极模具20包括压纹部21和夹持部22。压纹部21设置在电极模具20的一端，夹持部22设置在电极模具22的另一端。在另外的实施例中，电极模具20为圆形平板结构，压纹部21设置在电极模具20的圆形平板结构的靠近圆心的位置，夹持部22和压纹部21同心设置，夹持部22设置在电极模具20的圆形平板结构外缘。
在本实施例中，电极模具20还包括限位部23，限位部23用于固定连接电极模具20和驱动装置。其中，驱动装置采用机械臂，机械臂的端部与电极模具的限位部连接，以移动电极模具20使其向点焊装置的电极10之间移动或移开。具体地，如图1所示，限位部23为开设在所述电极模具20上的通孔。通过设置限位部23使驱动装置的机械臂固定连接，以增加驱动装置与电极模具20连接的稳定性。在另外的实施例中，点焊装置包括电极机械臂，控制器通过与电极机械臂的通信连接以移动电极10，从而实现电极10和电极模具20的相对移动。
在本实施例中，电极模具20采用硬度大于等于HRC60的碳素钢材料，且经过T2或T3热工艺处理。其中，T2热工艺指材料由高温成型过程冷却，经冷加工后自然时效至基本稳定的状态；T3热工艺指材料经固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效至基本稳定的状态。
电阻点焊系统还包括水冷装置，变压器和逆变器在焊接过程中需要进行水冷，其中，单个变压器冷却水流量供给大于8L/min，自动逆变器冷却水流量大于4L/min。
步骤A，通过控制器控制驱动装置将电极模具20移动至点焊装置的两电极10之间，通过控制器调节点焊装置的电极10两端的压力，使第一压力值在6KN-8KN之间，并使第一压力值持续3s-6s，使点焊装置的电极10的电极端面上形成与电极模具20上对应的网纹结构。在电极端面上完成网纹机构的成型后，通过控制器调节点焊装置两电极10之间的压力，并通过控制器控制驱动装置将电极模具20从点焊装置的两电极10之间移开。
步骤B1，将待安装工件放置在点焊装置的两电极10之间，通过控制器调节点焊装置两端的压力，使电极10之间的第二压力值为4.5KN-6.5KN，并在焊接过程中维持第二压力值。
步骤B2，预处理焊接，通过控制器控制点焊装置的第一焊接电流和预处理焊接时间。其中，第一焊接电流为10KA-15KA，持续时间为20ms-100ms。
步骤B3，主焊接，通过控制器调节点焊装置的第二焊接电流和主焊接时间，其中，第二焊接电流为35KA-45KA，持续时间为60ms-100ms。
步骤B4，电流递减，通过控制器调节点焊装置的电流强度在设定的回火时间内逐渐降低，其中，回火时间为200ms-400ms。当其它参数不变的前提下，若增加焊接电流，则会增大电极侵蚀现象，减少电极单次焊接点数，增加电极修磨次数和修磨量，减少电极寿命。焊接电流强度的设置对电极寿命影响很大，所以焊接电流要同焊接压力，焊接时间等进行综合匹配调整。
步骤B5，保压，通过控制器设定保压时间，以在电流递减回火步骤后维持点焊装置的电极10两端的压力值，以确保形成合格的产品焊点质量。
步骤B还包括通过控制器对完成的焊接点进行计数，当完成预设数量的焊接点后，重复本方法的步骤，其中预设数量为20个-40个。即每连续完成预设数量的焊接点焊接步骤后，重复步骤A通过电极模具20对点焊装置的电极10的电极端面进行网纹结构成型。
步骤B还包括通过控制器与点焊装置的通信连接控制相邻焊接点之间的间隔时间，具体地，相邻焊接点之间的间隔之间大于等于3s。即，对于相邻两次电极端面压纹步骤之间的预设数量的焊接点，每完成一个焊接点的焊接操作之后，在进行下一个焊接点的焊接操作之间间隔大于等于3s的时间，以提升焊接效果。
若每次设置的焊接点数过少，会降低电极使用寿命，因为电极在进行10-20次加压后，需要进行修磨。相同条件下，单次焊接点数减少，修磨次数则增加，则电极的寿命会降低。若每次设置的焊接点数过多，电极端面的氧化夹杂物会增加，电极侵蚀加重，仅仅靠网纹结构的模具对电极加压也很难保证电极表面加压后的修复效果，会影响到后续的产品焊接质量。
实施例1
以两层板材组合为例，焊接板材组为1.1mm+1.7mm；电极端面压纹步骤中，电极压纹时长5s，压紧压力6KN；对预设数量的焊接点进行焊接的步骤中：预处理焊接电流10KA，预焊接时间100ms；主焊接电流在35KA，主焊接时间在100ms；焊接压力4.5KN；电流递减回火时间在200ms；每两次电极端面压纹步骤之间连续焊接点的预设数量为20个，相邻焊接点之间的时间间隔设置为5s。
实施例2
以两层板材组合为例，焊接板材组为1.1mm+1.7mm；电极端面压纹步骤中，电极压纹时长5s，压紧压力8KN；对预设数量的焊接点进行焊接的步骤中：预处理焊接电流15KA，预焊接时间20ms；主焊接电流在45KA，主焊接时间在60ms；焊接压力6.5KN；电流递减回火时间在400ms；每两次电极端面压纹步骤之间连续焊接点的预设数量为40个，相邻焊接点之间的时间间隔设置为4s。
实施例3
以两层板材组合为例，焊接板材组为1.1mm+1.7mm；电极端面压纹步骤中，电极压纹时长5s，压紧压力6.5KN；对预设数量的焊接点进行焊接的步骤中：预处理焊接电流15KA，预焊接时间25ms；主焊接电流在40KA，主焊接时间在80ms；焊接压力6KN；电流递减回火时间在300ms；每两次电极端面压纹步骤之间连续焊接点的预设数量为30个，相邻焊接点之间的时间间隔设置为3s。
以上述焊接参数根据本方法的电阻点焊方法连续对240个焊接点进行焊接试样，在对试样进行破坏性检验结果合格的前提下，同时对焊接点的金相进行抽样检验，如图5所示，为第24、72、120、144、168、216点的金相检验图示。
表1金相抽检各点熔核尺寸
| 焊接点号 | 熔核直径(μm) | 第一熔核深度(μm) | 第二熔核深度(μm) |
| 24 | 6321 | 1116 | 510.8 |
| 72 | 6860 | 1084 | 740.2 |
| 120 | 6964 | 1188 | 740.8 |
| 144 | 7537 | 1355 | 781.9 |
| 168 | 6870 | 1345 | 792.4 |
| 216 | 6537 | 1282 | 479.5 |
其中，熔核直径均大于6300μm，第一熔核深度均大于1084μm，以及第二熔核深度均大于479μm，可见采用电阻点焊方法连续焊接240个焊接点的金相检验结果合格。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文。
Claims (12)
1.一种电阻点焊方法，其特征在于，包括：
电极端面压纹，在所述电极端面之间放置电极模具，采用第一压力值向所述电极端面加压使所述电极端面形成网纹结构；
对预设数量的焊接点进行焊接，并设置相邻焊接点之间的间隔时间，将待焊接工件放置在电极端面之间，采用第二压力值向所述电极端面进行加压并保持，采用第一焊接电流对所述待焊接工件进行预处理，采用第二焊接电流对所述待焊接工件进行焊接，设定回火时间使所述待焊接工件冷却。
2.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述电极端面为曲面，曲率半径为100mm-150mm。
3.根据权利要求2所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述电极模具包括压纹部和夹持部，所述压纹部对称分布在所述电极模具的上下表面，所述压纹部具有网纹结构。
4.根据权利要求3所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述压纹部的网纹结构为四棱台型，相邻四棱台的间距为0.6mm-1.5mm，四棱台的纵向深度为0.3mm-0.6mm，四棱台的端面宽度为0.1mm-0.3mm。
5.根据权利要求4所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述电极模具采用硬度大于等于HRC60的碳素钢材料。
6.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述采用第一压力值向电极端面加压使电极端面形成纹路步骤中，所述第一压力值为6KN-8KN，向所述电极端面加压的时间为3s-6s。
7.根据权利要求6所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述采用第一焊接电流对待焊接工件进行预处理的步骤中，所述第一焊接电流为10KA-15KA，持续时间为20ms-100ms。
8.根据权利要求7所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述采用第二焊接电流对待焊接工件进行焊接步骤中，所述第二焊接电流为35KA-45KA，持续时间为60ms-100ms。
9.根据权利要求8所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述设定回火时间使所述待焊接工件冷却步骤中，所述回火时间为200ms-400ms。
10.根据权利要求9所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述第二压力值为4.5KN-6.5KN。
11.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其特征在于，所述对预设数量的焊接点进行焊接的步骤中，所述预设数量为20个-40个。
12.根据权利要求1所述的电阻点焊方法，其特征在于，相邻焊接点之间的间隔时间大于等于3S。
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2021
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