CN1435506A - 用于铝合金电阻点焊电极的深冷处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以提高铝合金电阻点焊电极工作寿命的电极深冷处理方法，它包括下列步骤：(1)将清洁的普通铜合金电极分层放置于装有深冷介质的深冷处理设备的容器中，然后密闭容器；(2)设置深冷处理工艺参数；(3)进行深冷处理；(4)所述电极经深冷处理完毕，待容器环境达到室温后，用专用设备从容器中取出深冷处理过的电极，所述电极达到室温时，即得到深冷电极。该电极工作寿命显著提高，由不足300点提高到600点左右，电极的烧蚀程度及飞溅有明显的下降，焊点表面压痕减小，焊点表面质量改善明显，尤其下电极工作面的焊点表面相当光泽而圆整，本发明的点焊电极深冷处理方法为能使铝合金在工程上广泛应用开辟了新的途径。

Description

用于铝合金电阻点焊电极的深冷处理方法

                       技术领域

本发明涉及改变有色合金的物理结构的方法。

                       背景技术

随着全球汽车工业的迅速发展，能源危机和环境污染已经成为各国亟待解决的问题，全球正在倡导绿色工程和可持续发展战略。为减少能源消耗和环境污染，开发轻型轿车成为汽车工业的发展的重要趋势之一。而采用铝合金车身是汽车轻型化的重要措施之一。

铝及铝合金具有比强度高，在大气环境下耐腐蚀及具有良好变形能力等优点。在许多领域，尤其在汽车制造业、家电及航空航天等领域，采用铝合金结构具有明显的优越性。在保证相同的刚度和强度的前提下，采用铝合金制造轿车车身可以减少车体重量的50％，即轿车总体重量的10％，从而减少相当数量的燃料消耗和环境污染。其次，铝合金材料可以反复回收利用，回收重熔铝合金所需能量仅是原来生产铝合金所需能量的5％，却可以保持原有材料的性能。还有，铝合金由于表面有一层致密的氧化物保护膜，其表面无需如一般碳钢材料那样进行镀层处理即可获得满意的抗腐蚀性能。而电镀、热镀锌的镀层处理不仅工艺复杂、成本高，而且严重污染环境。显然，铝合金轿车乃是21世纪汽车制造业发展必然趋势，经济发达国家正在开发未来绿色环保型铝合金车身的轿车。

目前，在铝合金轿车的焊接方法中多采用激光焊，但其难点是：铝合金对CO₂激光束具有极高的表面初始反射率，其反射率超过90％以上，对YAG激光束的反射率接近80％。由于反射率大，热导率高，铝合金激光焊对光束聚焦有极高的要求，同时还要求用较高密度的高强激光束进行照射。铝合金激光焊焊缝极易产生气孔，有的对裂纹敏感性较大，焊缝成型不良，造成焊缝力学性能低于母材。另外，还由于激光熔焊设备成本很高，这也造成目前铝合金焊接的生产成本始终居高不下，从而极大地影响了铝合金在汽车制造业、航空航天等领域中的应用。

若用电阻点焊焊接铝合金，由于铝合金点焊性能较差，导致电极烧蚀较快、工件表面飞溅严重、焊点表面成型差及点焊接头质量不稳定。这也是长期以来铝合金难以在轿车制造业广泛应用的重要原因之一。因此，铝合金的电阻点焊技术成为未来环保型汽车制造中需要解决的关键技术问题之一，而铝合金电阻点焊电极的烧蚀及工作寿命问题是关键之关键。

因此，阻止或减弱电极的烧蚀及提高电极的工作寿命长期以来是焊接工作者的努力方向。人们一直在以下三个方面进行着努力：首先通过冶金手段研制新的电极或进行电极的表面改性，以降低铜合金电极与铝合金工件在点焊过程的合金化作用。其次，通过在铝合金工件表面电镀某种合金对铝合金工件表面进行改性，以减小铜合金电极与铝合金工件之间在点焊过程中的合金化作用。再有，就是通过调整点焊工艺参数或控制点焊电源输出的点焊电流波形，以减弱电极与工件的合金化作用；但这些措施只是在某种程度上缓解这种作用即不能显著的改善电极的工作状况和电极的工作寿命。

通常，深冷处理是以液氮作为冷却介质，将被处理工件装在一定的容器内，不同材料按其特定的降温曲线，控制降温速率，缓慢地将工件降到液氮温度(-196℃)，保温一定时间，再按升温曲线，缓慢升到室温的处理过程。国内目前大多将深冷处理工艺用于钢铁材料，这对改善高速钢、轴承钢、模具钢等材料的耐磨性、硬度、尺寸稳定性等性能具有显著的作用。迄今为止，将深冷电极——即经深冷处理工艺加工并发生了组织、性能变化的电极，用在铝合金电阻点焊方面，还未见报道。

综上所述，只有大幅度减小因铜合金电极与铝合金工件间的合金化作用而产生的电极烧蚀、大幅度提高点焊电极的工作寿命，并结合点焊设备的改进措施才能促进铝合金的广泛应用，为此，需要探索一种新的途径。

                       发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种能显著减小铝合金点焊电极的烧蚀程度并大幅度提高点焊电极的工作寿命的经深冷处理的电极。

为了解决上述技术问题，本发明的一种用于铝合金电阻点焊电极的深冷处理方法，它包括下列步骤：(1)将清洁的普通铜合金电极分层放置于装有深冷介质的深冷处理设备的容器中，然后密闭容器；(2)设置深冷处理工艺参数：降温速度的取值范围为1.5～6℃/s；保冷温度的取值范围为-100～-180℃；保冷时间的取值范围为1～8小时；升温速度的取值范围为0.5～4℃/s；(3)按所述参数进行深冷处理；所述电极经深冷处理完毕，待容器环境达到室温后，用专用设备从容器中取出深冷处理过的电极，所述电极达到室温时，即得到深冷电极。

所述铜合金为铜—镉合金或为铜—锆合金；所述电极的形状为锥台型或球型；所述深冷介质为液氮。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)采用本发明深冷处理方法处理后的电极点焊铝合金，电极的工作寿命提高了一倍以上，电极烧蚀或飞溅明显下降，焊点表面压痕显著减小，焊点表面质量明显改善，尤其下电极工作面的焊点表面，相当光泽而园整。

(2)与电极表面渗金属或表面改性不同，本发明的深冷处理使电极整体改性，电极经修磨后，仍保持深冷处理所赋予的性能。

(3)开发成本低，本发明的深冷处理的成本只增加工件成本的15％，铜合金深冷处理成本要低于15％。

(4)本发明的深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与表面改性等措施相比，节约能源，并有利于环保；与激光熔焊生产工艺相比，仅就生产设备一项开支即可降低费用近87％。

                       具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明：

处理前电极要保持清洁，不要有明显的油污等污物，当电极数量较多时，将需要处理的电极分层排放在深冷处理设备的容器中，避免堆放过紧，在深冷处理设备的容器中放置好电极后，将深冷处理设备的容器盖紧，以免低温液氮泄露，影响温度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数，目前，大多数深冷处理设备由计算机控制。因此，可按表1中的深冷处理参数表设定深冷处理参数即可。

表1深冷处理参数表

电极种类	降温速度(℃/分钟)	保冷温度℃	保冷时间(h)	升温速度(℃/分钟)	深冷介质
						Cu-Cd	1.5～5	-100～-180	1.5～8	0.5～4	液氮
Cu-Zr	2～6	-100～-180	1～5	1～3

处理完毕，容器环境温度达到室温后，切不可用手直接从容器中取出电极，要用专用设备，深冷处理后的电极达到室温后即可用来点焊经酸洗清理的铝合金板。

本发明的具体实施例如下：

1.分别取深冷处理的电极3对/组和未深冷处理的电极3对/组；

2.电极材料分别采用Cu-Cd和Cu-Zr两种；

3.点焊的铝合金：采用的是经酸洗方法清理后的铝合金LF2。

4.点焊的工艺参数：点焊电流20000A、焊接时间0.08s、电极压力2500N、水流量3升/分钟；

5.本发明的点焊深冷电极与现有技术的点焊电极工作寿命比较结果见表2。

表2电极的工作寿命比较结果表

电极种类	工作寿命(焊点数)
				未深冷处理的电极	深冷电极	深冷电极
	Cu-Cd	180	300				约2倍
Cu-Zr				275	600	约2倍

上述实施例表明：铝合金点焊电极经深冷处理后，电极工作寿命显著提高，由不足300点提高到600点左右，电极的烧蚀程度及飞溅有明显的下降，焊点表面压痕减小，焊点表面质量改善明显，尤其下电极工作面的焊点表面相当光泽而园整。

本发明的深冷电极为能使铝合金在工程上的广泛应用开辟了新的途径。另外，将其它各种焊接方法中的导电嘴用铜合金经深冷处理后，其工作性能也可有较大的提高。

Claims (5)

1.一种用于铝合金电阻点焊电极的深冷处理方法，其特征在于，它包括下列步骤：

(1)将清洁的普通铜合金电极分层放置于装有深冷介质的深冷处理设备的容器中，然后密闭容器；

(2)设置深冷处理工艺参数：

降温速度的取值范围为1.5～6℃/s，

保冷温度的取值范围为-100～-180℃，

保冷时间的取值范围为1～8小时，

升温速度的取值范围为0.5～4℃/s；

(3)按照所述深冷处理工艺参数进行深冷处理；

(4)所述电极经深冷处理完毕，待容器环境达到室温后，用专用设备从容器中取出深冷处理过的电极，所述电极达到室温时，即得到深冷电极。

2.根据权利要求1所述的电极的深冷处理方法，其特征在于，所述铜合金为铜—镉合金。

3.根据权利要求1所述的电极的深冷处理方法，其特征在于，所述铜合金为铜—锆合金。

4.根据权利要求1所述的电极的深冷处理方法，其特征在于，所述电极的形状为锥台型或球型。

5.根据权利要求1所述的电极的深冷处理方法，其特征在于，所述深冷介质为液氮。