一種鋁合金-高強鋼的電阻塞焊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術，具體的說，是涉及電阻點焊技術領域。
【背景技術】
[0002]電阻點焊是通過大電流的直流電瞬間短路產生的高電阻熱來完成焊接的一種技術，由于其具有較高的自動化程度及生產效率，故被廣泛應用于車身制造領域。然而隨著車身輕量化課題的提出，輕金屬如鋁合金和鎂合金逐漸被運用于車身制造中。此外，新的鋼種如先進高強鋼及超高強鋼由于具有更高的強度質量比，也開始越來越多地取代傳統(tǒng)鋼種。于是在車身制造中，不可避免地需要解決新材料的連接問題，這其中就包括了鋁合金和高強鋼的連接。使用傳統(tǒng)的電阻點焊焊接鋁合金和高強鋼時，由于兩種材料的物理性能如熔點，熱導率和線膨脹率相差過大，焊接過程中會在界面形成硬脆的金屬間化合物，嚴重惡化了接頭質量。
[0003]因此本發(fā)明在傳統(tǒng)的電阻點焊基礎上，提出了一種新型的電阻塞焊方法。該方法既有別于傳統(tǒng)的孔塞焊方法:在一個件上預制鉚釘孔，在孔內填補CO2焊焊點，從而將有孔的件與無孔的件連接起來的一種方式;也有別于最近被提出的電阻塞焊方法:在待焊兩板上均預制鉚釘孔，將棒材或鉚釘貫穿入兩板中進行電阻點焊，從而將兩板連接起來的一種方式。這兩種方法雖然能被應用于異種金屬連接當中，但前者采用弧焊方法，效率低，后者需要在兩板上打孔，裝配難度較高。本發(fā)明提出的方法相比與前述兩種塞焊方法在效率和成本上均有所改善，且經試驗證明，使用該方法能夠得到比傳統(tǒng)電阻點焊更加可靠的鋁合金/高強鋼焊接接頭。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為解決現有技術中存在的技術問題，提供能夠改善鋁合金-高強鋼點焊性能的方法。
[0005]具體技術方案如下:
[0006]—種鋁合金-高強鋼的電阻塞焊方法;在鋁合金板-高強鋼板的搭接區(qū)域的中心位置的鋁合金板上設置有鉚釘孔，孔直徑與鉚釘直徑一致，將鉚釘塞入鉚釘孔中，鉚釘下端與鋁合金板下部持平;使用逆變直流電阻點焊機在鉚釘位置處施焊。
[0007]鉚釘材質及尺寸的選用是本發(fā)明需要考慮的一個重要問題。選用鉚釘的材質時，一方面需要保證焊接過程中塞入鋁板的鉚釘能夠與下鋼板完成可靠連接，另一方面還需要考慮鉚釘的成本，故鉚釘選用市場上常見的鍍鋅鐵鉚釘，材質為Q235鋼。為確定合理的鉚釘尺寸，選用3mm、4mm、5mm、6mm四種直徑的鉚釘進行了試驗。結果表明，鉚釘直徑從3mm上升到5mm時，接頭強度隨鉚釘直徑升高而升高，當鉚釘直徑繼續(xù)增大到6mm時，接頭強度反而降低。選用3mm和4mm直徑鉚釘時，接頭呈現界面斷裂的形式，而選用5mm和6mm直徑的鉚釘時，接頭呈現鋁合金母材斷裂的形式。當鉚釘直徑過小時，鉚釘與高強鋼形成的熔核尺寸也就相應較小，承載能力不足，故在拉伸過程中破壞，呈現界面斷裂，強度較低。而鉚釘尺寸增大時，形成的熔核尺寸也增大，當熔核承載能力足夠強時，拉伸過程中斷裂即發(fā)生在了相對薄弱的鋁合金母材。然而隨著鉚釘尺寸進一步增大，鋁板處需要預制更大的鉚釘孔，降低了鋁母材的有效承載面積，故拉伸強度反而降低。此外，基于輕量化的目的考慮，鉚釘直徑應盡可能小，故對于該發(fā)明試驗所用試板，使用5mm直徑鉚釘最佳。對于實際應用中的情況，可依據相應原則確定使用何種尺寸、何種材質的鉚釘。
[0008]焊接參數:電極壓力3.6kN，焊接時間300ms，焊接電流7?10kA。焊接參數的選用原則是在選用的焊接參數下能夠實現高強鋼與鉚釘之間的牢固連接。
[0009]由于鉚釘與高強鋼為鋼與鋼之間的焊接，故在點焊過程中能夠實現有效連接，鉚釘與高強鋼之間形成的熔核成為承載部位，鉚釘頭對接頭也起到了自鎖作用。這樣，硬脆的鋁鐵金屬間化合物將不再是主要承載部位，鋁合金/高強鋼接頭性能得到提升。
[0010]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:使用傳統(tǒng)的電阻點焊設備就可以實現鋁合金和高強鋼的可靠連接;只需在鋁合金側預制鉚釘孔，降低了加工成本;并且此種工藝方法對材料的敏感程度不高，易于推廣應用于其他材料如鎂合金和高強鋼的連接。
【附圖說明】
[0011]圖1是電阻塞焊過程示意圖；
[0012]圖2是焊件裝配俯視圖；
[0013]圖3是焊件裝配正視圖；
[0014]其中:丨一點焊機，2一鋁合金板，3一高強鋼板，4一鐵鉚釘，5—搭接區(qū)域，6—鉚釘孔。
【具體實施方式】
[0015]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0016]如圖1、2、3所示:在鋁合金板-高強鋼板的搭接區(qū)域5的中心位置的鋁合金板2上設置有鉚釘孔6，孔直徑與鉚釘4直徑一致，將鉚釘塞入鉚釘孔中，鉚釘下端與鋁合金板下部持平;使用逆變直流電阻點焊機I在鉚釘位置處施焊。
[0017]實施例:
[0018]一、焊前準備
[0019]1.使用鉆孔機在鋁合金板2的指定部位預制鉚釘孔6，鉆孔直徑為5mm。
[0020]2.將5mm直徑鐵鉚釘4塞入孔中，鉚釘下端應與鋁合金板下端持平。
[0021 ] 3.對焊接位置進行除油、雜物清理，避免雜質對焊接質量的影響。
[0022]二.焊接方法及焊接材料
[0023]1.焊接方法采用逆變式直流電阻點焊。
[0024]2.焊接材料采用鋁合金板及高強鋼板3，鋁板尺寸為2 X 25 X 10mm，鋼板尺寸為1.8 X 25 X 100mm，搭接區(qū)域5尺寸為25 X 25mm。鉚釘為Q235鐵鉚釘。
[0025]三.焊接工藝
[0026]1.焊接工藝過程如圖1所示，使用點焊機在鉚釘處施焊。
[0027]2.焊件裝配形式如圖2和圖3所示。
[0028]3.選用電極壓力3.6kN，電極直徑1mm，電流8kA，焊接時間300ms進行焊接。
[0029]四.力學測試結果
[0030]采用上述工藝參數焊接了五個試樣，對接頭進行拉伸強度測試，發(fā)現接頭平均強度約為7.lkN，斷裂均發(fā)生在鋁合金母材?；诒容^目的，使用同樣的電極壓力、電極直徑，焊接時間200ms，電流16kA(預實驗得出的最佳參數)進行直接電阻點焊試驗，采用同樣的試板尺寸及搭接形式焊接了五個試樣，拉伸測試結束后發(fā)現接頭平均強度約為2.6kN，斷裂均發(fā)生在界面。該結果表明新型電阻塞焊方法能夠及大提高鋁合金/高強鋼接頭的強度。
[0031]盡管上面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種鋁合金-高強鋼的電阻塞焊方法;其特征是在鋁合金板-高強鋼板的搭接區(qū)域的中心位置的鋁合金板上設置有鉚釘孔，孔直徑與鉚釘直徑一致，將鉚釘塞入鉚釘孔中，鉚釘下端與鋁合金板下部持平;使用逆變直流電阻點焊機在鉚釘位置處施焊。2.如權利要求1所述的方法，其特征是鉚釘為鍍鋅鐵鉚釘，材質為Q235鋼。3.如權利要求1所述的方法，其特征是鉚釘直徑為5mm。4.如權利要求1所述的方法，其特征是逆變直流電阻點焊機焊接參數為:電極壓力.3.6kN，焊接時間300ms，焊接電流7?1kA。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁合金-高強鋼的電阻塞焊方法；在鋁合金板-高強鋼板的搭接區(qū)域的中心位置的鋁合金板上設置有鉚釘孔，孔直徑與鉚釘直徑一致，將鉚釘塞入鉚釘孔中，鉚釘下端與鋁合金板下部持平；使用逆變直流電阻點焊機在鉚釘位置處施焊。由于鉚釘與高強鋼為鋼與鋼之間的焊接，故在點焊過程中能夠實現有效連接，鉚釘與高強鋼之間形成的熔核成為承載部位，鉚釘頭對接頭也起到了自鎖作用。這樣，硬脆的鋁鐵金屬間化合物將不再是主要承載部位，鋁合金/高強鋼接頭性能得到提升。并且此種工藝方法對材料的敏感程度不高，易于推廣應用于其他材料如鎂合金和高強鋼的連接。
【IPC分類】B23K11/20, B23K11/34, B23K103/20, B23K11/11
【公開號】CN105478982
【申請?zhí)枴緾N201510882435
【發(fā)明人】羅震, 凌展翔, 馮悅嶠, 樊文飛
【申請人】天津大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月3日