一種超聲波-電阻復(fù)合焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種超聲波-電阻復(fù)合焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電阻點(diǎn)焊是航空、航天、汽車制造業(yè)應(yīng)用最廣泛的焊接方法之一，然而針對(duì)高強(qiáng)鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等輕量化材料，電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量是限制其應(yīng)用的瓶頸之一。以汽車制造為例，為了保證汽車的可靠性其實(shí)際焊數(shù)目高出設(shè)計(jì)30%，優(yōu)質(zhì)高效的電阻點(diǎn)焊技術(shù)可以節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，因此電阻焊技術(shù)和設(shè)備的更新?lián)Q代具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。
[0003]鋁合金是重要的輕量化材料之一，然而鋁合金易產(chǎn)生氧化膜、熔點(diǎn)低、屈服強(qiáng)度低、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好，電阻焊中常伴有微型空洞、裂紋等不連續(xù)缺陷和壓痕過深等現(xiàn)象，給電阻焊帶來(lái)了很大的困難。目前國(guó)際上已經(jīng)提出了一系列提高鋁合金電阻焊質(zhì)量的方法，諸如表面鍍層法、熔核孕育處理法、線性回歸預(yù)測(cè)法、隨機(jī)多脈沖回火熱處理法等工藝，可以在一定程度上提高鋁合金電阻焊的焊接質(zhì)量。然而，由于鋁合金自身的特性，其電阻焊焊接規(guī)范窗口窄，工業(yè)應(yīng)用受到了相應(yīng)的限制。
[0004]超聲波加工是利用高頻機(jī)械振動(dòng)能量對(duì)材料進(jìn)行加工的一種方法，在鑄造過程中其引入可以細(xì)化材料晶粒、減小氣孔，在釬焊過程中加入超聲波可以增加表面潤(rùn)濕，利于釬料鋪展并且消除氧化膜。如果將超聲波與電阻點(diǎn)焊相結(jié)合則可以有效的提高鋁合金電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量。目前已經(jīng)有將超聲波引入電阻點(diǎn)焊的報(bào)道:申請(qǐng)?zhí)枮?01310714348.2的中國(guó)專利，薄金屬片結(jié)構(gòu)電阻/超聲波復(fù)合點(diǎn)焊方法，該方法將需要焊接的兩個(gè)薄金屬片置于底座上，其中一個(gè)薄金屬片絕緣側(cè)向下緊貼底座，采用單側(cè)并排雙壓頭于另一個(gè)無(wú)絕緣材料包裹的薄金屬片之上施加壓力，雙壓頭之間通入電流產(chǎn)生電阻熱，同時(shí)利用超聲波使工件接觸面摩擦產(chǎn)熱，最終形成焊接。然而，此方法焊接應(yīng)用范圍有限，僅適用于點(diǎn)焊，并且焊接板材厚度僅為0.05-0.3mm的薄板，同時(shí)需要絕緣材料輔助金屬片焊接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)上述提出的輕質(zhì)材料電阻點(diǎn)焊焊接存在質(zhì)量方面的技術(shù)問題，而提供一種超聲波-電阻復(fù)合焊接方法。本發(fā)明主要通過電阻焊與超聲波焊共用電極焊頭對(duì)待焊工件施壓，利用超聲波產(chǎn)生的高頻振動(dòng)增加待焊工件之間的接觸，減小壓痕，減少焊接缺陷等，從而提高焊接接頭的力學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0007]一種超聲波-電阻復(fù)合焊接方法，其特征在于包括如下步驟:
[0008]S1、預(yù)壓階段:將待焊工件的焊接接觸面保持接觸，上電極焊頭和下電極焊頭分別置于所述待焊工件兩側(cè)且保持所述上電極焊頭和所述下電極焊頭同軸，以保證焊接過程所要求的接觸電阻，所述上電極焊頭和所述下電極焊頭均為電阻焊和超聲波焊共用的電極焊頭；
[0009]S2、焊接階段:在所述上電極焊頭和所述下電極焊頭之間接通電流，同時(shí)所述上電極焊頭和所述下電極焊頭在待焊工件表面施加超聲波，利用電流通過待焊工件接觸面產(chǎn)生的電阻熱和超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)、摩擦熱，加熱待焊工件使其達(dá)到熔化狀態(tài)，形成熔核；
[0010]S3、冷卻結(jié)晶階段:隨著通電時(shí)間延長(zhǎng)，待焊工件中熔核長(zhǎng)大到預(yù)設(shè)尺寸后，繼續(xù)保持所述上電極焊頭和所述下電極焊頭的壓力，停止電阻焊電流和超聲波，直至液態(tài)金屬冷卻形成焊點(diǎn)/焊縫；或者僅切斷電阻焊電流，待超聲波繼續(xù)作用到預(yù)設(shè)時(shí)間，直至液態(tài)金屬冷卻形成焊點(diǎn)/焊縫。
[0011]進(jìn)一步地，所述待焊工件可選擇板材厚度為0-5mm的鋼材、銷合金、鎂銷合金、鈦合金和鋁合金。但不局限于上述金屬板材。
[0012]進(jìn)一步地，與所述上電極焊頭和所述下電極焊頭連接的電阻點(diǎn)焊設(shè)備為電阻電焊機(jī)或電阻滾焊機(jī)，所述電阻點(diǎn)焊設(shè)備的焊接電流為直流、直流脈沖或交流。
[0013]進(jìn)一步地，所述超聲波方向可為垂直電極焊頭或平行電極焊頭；所述超聲波加載在所述上電極焊頭、所述下電極焊頭，或所述上電極焊頭和所述下電極焊頭均加載。
[0014]進(jìn)一步地，所述電極焊頭的壓力大小為0_4kN，焊接電流為0_30kA，電阻焊維持時(shí)間為0-5s，電阻焊后壓力及超聲波維持時(shí)間O-lOs，超聲波頻率15-80kHz，振幅5_50 μπι。
[0015]本發(fā)明利用電阻焊和超聲波焊的共同點(diǎn)-即焊接時(shí)均需要利用電極焊頭對(duì)上下搭接的工件施加壓力的特點(diǎn)，采用電阻焊和超聲波焊共用電極焊頭，從而實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的提高，較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的區(qū)別點(diǎn)如下:
[0016]I)現(xiàn)有技術(shù)中僅能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊，本發(fā)明既可以采用電阻點(diǎn)焊，也可以采用電阻滾焊技術(shù)形成焊縫；
[0017]2)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的目的是減小電阻焊核區(qū)，增大超聲波固相連接面積，細(xì)化晶粒，提高性能，而本發(fā)明利用電阻焊和超聲波焊共同作用，并無(wú)固相焊區(qū)域，同時(shí)通過能量疊加增加電阻焊點(diǎn)尺寸，以增加接頭強(qiáng)度；
[0018]3)現(xiàn)有技術(shù)采用雙電極+超聲波焊頭，并且電阻焊與超聲波焊分別作用于焊接板材兩側(cè)；本發(fā)明電阻焊與超聲波焊共用電極焊頭，二者同軸作用，同時(shí)焊接金屬表面不需要絕緣層；
[0019]4)現(xiàn)有技術(shù)僅適合于焊接薄板，本發(fā)明以電阻焊為主，超聲波焊為輔，可以焊接工業(yè)領(lǐng)域5mm以內(nèi)的金屬板材。
[0020]本發(fā)明主要通過電阻焊與超聲波焊共用電極焊頭對(duì)待焊工件施壓，焊接過程中電極間產(chǎn)生電阻熱的同時(shí)加入垂直方向或平行方向的超聲波，利用超聲波產(chǎn)生的高頻振動(dòng)增加待焊工件之間的接觸，具有減小壓痕，破碎金屬氧化膜，促進(jìn)板材內(nèi)析出氣體的逸出，消除氣孔、減少焊接缺陷等優(yōu)點(diǎn)，從而提高焊接接頭的力學(xué)性能?；谏鲜隼碛杀景l(fā)明可在焊接制造領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0023]圖中:1、上電極焊頭2、下電極焊頭3、待焊工件4、超聲波-電阻復(fù)合焊熔核5、
焊點(diǎn)/焊縫。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，一種超聲波-電阻復(fù)合焊接方法，包括如下步驟:
[0025]S1、預(yù)壓階段:將待焊