一种铝合金-高强钢的电阻塞焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接技术，具体的说，是涉及电阻点焊技术领域。
【背景技术】
[0002]电阻点焊是通过大电流的直流电瞬间短路产生的高电阻热来完成焊接的一种技术，由于其具有较高的自动化程度及生产效率，故被广泛应用于车身制造领域。然而随着车身轻量化课题的提出，轻金属如铝合金和镁合金逐渐被运用于车身制造中。此外，新的钢种如先进高强钢及超高强钢由于具有更高的强度质量比，也开始越来越多地取代传统钢种。于是在车身制造中，不可避免地需要解决新材料的连接问题，这其中就包括了铝合金和高强钢的连接。使用传统的电阻点焊焊接铝合金和高强钢时，由于两种材料的物理性能如熔点，热导率和线膨胀率相差过大，焊接过程中会在界面形成硬脆的金属间化合物，严重恶化了接头质量。
[0003]因此本发明在传统的电阻点焊基础上，提出了一种新型的电阻塞焊方法。该方法既有别于传统的孔塞焊方法:在一个件上预制铆钉孔，在孔内填补CO2焊焊点，从而将有孔的件与无孔的件连接起来的一种方式;也有别于最近被提出的电阻塞焊方法:在待焊两板上均预制铆钉孔，将棒材或铆钉贯穿入两板中进行电阻点焊，从而将两板连接起来的一种方式。这两种方法虽然能被应用于异种金属连接当中，但前者采用弧焊方法，效率低，后者需要在两板上打孔，装配难度较高。本发明提出的方法相比与前述两种塞焊方法在效率和成本上均有所改善，且经试验证明，使用该方法能够得到比传统电阻点焊更加可靠的铝合金/高强钢焊接接头。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有技术中存在的技术问题，提供能够改善铝合金-高强钢点焊性能的方法。
[0005]具体技术方案如下:
[0006]—种铝合金-高强钢的电阻塞焊方法;在铝合金板-高强钢板的搭接区域的中心位置的铝合金板上设置有铆钉孔，孔直径与铆钉直径一致，将铆钉塞入铆钉孔中，铆钉下端与铝合金板下部持平;使用逆变直流电阻点焊机在铆钉位置处施焊。
[0007]铆钉材质及尺寸的选用是本发明需要考虑的一个重要问题。选用铆钉的材质时，一方面需要保证焊接过程中塞入铝板的铆钉能够与下钢板完成可靠连接，另一方面还需要考虑铆钉的成本，故铆钉选用市场上常见的镀锌铁铆钉，材质为Q235钢。为确定合理的铆钉尺寸，选用3mm、4mm、5mm、6mm四种直径的铆钉进行了试验。结果表明，铆钉直径从3mm上升到5mm时，接头强度随铆钉直径升高而升高，当铆钉直径继续增大到6mm时，接头强度反而降低。选用3mm和4mm直径铆钉时，接头呈现界面断裂的形式，而选用5mm和6mm直径的铆钉时，接头呈现铝合金母材断裂的形式。当铆钉直径过小时，铆钉与高强钢形成的熔核尺寸也就相应较小，承载能力不足，故在拉伸过程中破坏，呈现界面断裂，强度较低。而铆钉尺寸增大时，形成的熔核尺寸也增大，当熔核承载能力足够强时，拉伸过程中断裂即发生在了相对薄弱的铝合金母材。然而随着铆钉尺寸进一步增大，铝板处需要预制更大的铆钉孔，降低了铝母材的有效承载面积，故拉伸强度反而降低。此外，基于轻量化的目的考虑，铆钉直径应尽可能小，故对于该发明试验所用试板，使用5mm直径铆钉最佳。对于实际应用中的情况，可依据相应原则确定使用何种尺寸、何种材质的铆钉。
[0008]焊接参数:电极压力3.6kN，焊接时间300ms，焊接电流7?10kA。焊接参数的选用原则是在选用的焊接参数下能够实现高强钢与铆钉之间的牢固连接。
[0009]由于铆钉与高强钢为钢与钢之间的焊接，故在点焊过程中能够实现有效连接，铆钉与高强钢之间形成的熔核成为承载部位，铆钉头对接头也起到了自锁作用。这样，硬脆的铝铁金属间化合物将不再是主要承载部位，铝合金/高强钢接头性能得到提升。
[0010]本发明具有的优点和积极效果是:使用传统的电阻点焊设备就可以实现铝合金和高强钢的可靠连接;只需在铝合金侧预制铆钉孔，降低了加工成本;并且此种工艺方法对材料的敏感程度不高，易于推广应用于其他材料如镁合金和高强钢的连接。
【附图说明】
[0011]图1是电阻塞焊过程示意图；
[0012]图2是焊件装配俯视图；
[0013]图3是焊件装配正视图；
[0014]其中:丨一点焊机，2一铝合金板，3一高强钢板，4一铁铆钉，5—搭接区域，6—铆钉孔。
【具体实施方式】
[0015]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0016]如图1、2、3所示:在铝合金板-高强钢板的搭接区域5的中心位置的铝合金板2上设置有铆钉孔6，孔直径与铆钉4直径一致，将铆钉塞入铆钉孔中，铆钉下端与铝合金板下部持平;使用逆变直流电阻点焊机I在铆钉位置处施焊。
[0017]实施例:
[0018]一、焊前准备
[0019]1.使用钻孔机在铝合金板2的指定部位预制铆钉孔6，钻孔直径为5mm。
[0020]2.将5mm直径铁铆钉4塞入孔中，铆钉下端应与铝合金板下端持平。
[0021 ] 3.对焊接位置进行除油、杂物清理，避免杂质对焊接质量的影响。
[0022]二.焊接方法及焊接材料
[0023]1.焊接方法采用逆变式直流电阻点焊。
[0024]2.焊接材料采用铝合金板及高强钢板3，铝板尺寸为2 X 25 X 10mm，钢板尺寸为1.8 X 25 X 100mm，搭接区域5尺寸为25 X 25mm。铆钉为Q235铁铆钉。
[0025]三.焊接工艺
[0026]1.焊接工艺过程如图1所示，使用点焊机在铆钉处施焊。
[0027]2.焊件装配形式如图2和图3所示。
[0028]3.选用电极压力3.6kN，电极直径1mm，电流8kA，焊接时间300ms进行焊接。
[0029]四.力学测试结果
[0030]采用上述工艺参数焊接了五个试样，对接头进行拉伸强度测试，发现接头平均强度约为7.lkN，断裂均发生在铝合金母材。基于比较目的，使用同样的电极压力、电极直径，焊接时间200ms，电流16kA(预实验得出的最佳参数)进行直接电阻点焊试验，采用同样的试板尺寸及搭接形式焊接了五个试样，拉伸测试结束后发现接头平均强度约为2.6kN，断裂均发生在界面。该结果表明新型电阻塞焊方法能够及大提高铝合金/高强钢接头的强度。
[0031]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种铝合金-高强钢的电阻塞焊方法;其特征是在铝合金板-高强钢板的搭接区域的中心位置的铝合金板上设置有铆钉孔，孔直径与铆钉直径一致，将铆钉塞入铆钉孔中，铆钉下端与铝合金板下部持平;使用逆变直流电阻点焊机在铆钉位置处施焊。2.如权利要求1所述的方法，其特征是铆钉为镀锌铁铆钉，材质为Q235钢。3.如权利要求1所述的方法，其特征是铆钉直径为5mm。4.如权利要求1所述的方法，其特征是逆变直流电阻点焊机焊接参数为:电极压力.3.6kN，焊接时间300ms，焊接电流7?1kA。
【专利摘要】本发明涉及一种铝合金-高强钢的电阻塞焊方法；在铝合金板-高强钢板的搭接区域的中心位置的铝合金板上设置有铆钉孔，孔直径与铆钉直径一致，将铆钉塞入铆钉孔中，铆钉下端与铝合金板下部持平；使用逆变直流电阻点焊机在铆钉位置处施焊。由于铆钉与高强钢为钢与钢之间的焊接，故在点焊过程中能够实现有效连接，铆钉与高强钢之间形成的熔核成为承载部位，铆钉头对接头也起到了自锁作用。这样，硬脆的铝铁金属间化合物将不再是主要承载部位，铝合金/高强钢接头性能得到提升。并且此种工艺方法对材料的敏感程度不高，易于推广应用于其他材料如镁合金和高强钢的连接。
【IPC分类】B23K11/20, B23K11/34, B23K103/20, B23K11/11
【公开号】CN105478982
【申请号】CN201510882435
【发明人】罗震, 凌展翔, 冯悦峤, 樊文飞
【申请人】天津大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月3日