一种塑料板与铝板的电阻点焊结构的制作方法

本实用新型涉及压力焊技术领域，特别是塑料板与铝板的电阻点焊技术。

背景技术：

目前，随着汽车轻量化的发展加速，塑料在汽车中的应用变得越来越广泛。汽车轻量化使塑料作为原材料在汽车零部件制造领域被广泛应用。基于此背景要求，实现塑料与塑料及塑料与金属件的有效、可靠连接已经成为当下的研究热点。

经过检索现有技术发现，中国专利号CN100409995C，一种胶焊连接方法。这种方法是在两层待焊材料表面的搭接区域，涂上一层胶剂，然后采用熔化焊接热源进行搭接焊，以实现接头的良好的连接，该发明实现了机械结合、冶金结合和化学结合的有效统一使得结构件的承载载荷、疲劳强度和剪切强度有较大幅度的提高。然而这种方法得到的接头区域胶结区对于服役温度有严格要求，温度过高使胶接剂发生变性使得接头力学强度急剧降低。

经过检索现有技术，中国专利号CN 203879858U，塑料板材的铆钉加热电阻点焊结构。这个发明是将同种塑料板材或熔点相近的异种塑料板材的双层或者多层搭接接头，由制定好的工艺规范确定需要打孔的位置和个数并在接头板材上预制一个直径等于铆钉直径的孔，以实现搭接接头的快速、有效及可靠地连接。这种方法只仅仅是针对于同种塑料板材或者熔点相近的异种塑料板材的连接，没有实现金属板材与塑料板材的连接，这对于实现汽车轻量化发展趋势的要求仍然是一个制约。

技术实现要素：

本实用新型的目的是实现不导电的塑料板和导电的铝板的焊接且解决单一胶结件有服役温度制约的缺陷。

本实用新型是一种塑料板与铝板的电阻点焊结构，有一厚度为t1的塑料板1，铝板2的厚度为t2，半空心铆钉3的直径D=0.8~2.0t1，在搭接接头塑料板1侧打孔的直径等于半空心铆钉3的直径D；半空心铆钉3置入塑料板1预制直径为D的孔中且与铝板搭接区域无隙装配，并将搭接件放置在上电极4、下电极5中且使半空心铆钉3与上电极4、下电极5轴心对齐放置进行焊接。

本实用新型的有益之处为：将电阻点焊、自冲铆接和胶结的有效结合且克服了塑料板材不导电的缺点及单一胶结件有服役温度制约的缺陷且同时实现了塑料板材和铝板材的有效可靠连接；本实用新型不需要在焊接前进行预制成型铆头等相对繁琐的工序，实现了塑料板材和铝板的快速、简便、有效及更可靠连接。

附图说明

图1为本实用新型的焊前结构图。图2为本实用新型的焊后结构图，附图标记及对应名称为：塑料板1，铝板2，半空心铆钉3，上电极4，下电极5，焊后胶结区6。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型是一种塑料板与铝板的电阻点焊结构，有一厚度为t1的塑料板1，铝板2的厚度为t2，半空心铆钉3的直径D=0.8~2.0t1，在搭接接头塑料板1侧打孔的直径等于半空心铆钉3的直径D，半空心铆钉3置入塑料板1预制直径为D的孔中且与铝板搭接区域无隙装配，并将搭接件放置在上电极4、下电极5中且使半空心铆钉3与上电极4、下电极5轴心对齐放置进行焊接。

如图1、图2所示，塑料板1的厚度t1，铝板2的厚度t2与半空心铆钉3长度的关系是l≥t1+ t2。

以上所述结构中的空心铆钉3为导电材质且半空心铆钉3的硬度大于铝板2的硬度。

以上所述的结构中只需在搭接区域中心处塑料板1上打孔。

本实用新型的实施过程为：

第一步，打孔。选择需要连接的塑料板和铝板，根据选择好的工艺规范确定铆钉的数量和打孔的位置。塑料板的厚度为t1，半空心铆钉的直径D=0.8~2.0t1，在搭接接头塑料板打孔的直径等于半空心铆钉的直径D，同时清理预制的孔周围的残屑等杂质。

第二步，装配。塑料板的厚度为t1，铝板为t2，半空心铆钉长度l≧t1+ t2，将半空心铆钉装配到预制的孔中并同时保证铆钉与铝板充分接触以及铆钉与孔无隙接触。

第三步，设置工艺参数及焊接。设置焊接过程中的焊接电流，电极压力和焊接时间等参数，将其放入电阻点焊机上进行焊接，必须保证搭接区域铆钉与电极头的中心在一条轴线上，焊前结构图如图1所示。

在上述工艺步骤一、二中，必须在塑料板预钻孔后及时清理孔周围的残屑等杂质；将半空心铆钉装配到塑料板上预钻的孔时必须同时保证铆钉与铝板表面接触以及铆钉与孔无隙接触，以使焊接过程中解决塑料板不导电的缺陷且铆钉产热使塑料熔化并在搭接表面上形成胶结区域。

在上述工艺的步骤3中，设定的工艺参数由所选取的塑料板1和铝板2确定。

本实施例中仅以在搭接区域中心处预制一个孔为具体实例。下面结合更为具体的实施步骤进行说明。

实施例1：

（1）打孔。选取厚度为2mm的ABS塑料板1和厚度为1mm的工业纯铝板2，半空心铆钉3为铁铆钉，其直径为3mm，长度为6mm；在ABS塑料板1的搭接区域中心处打孔，孔的直径为3mm，并清理孔周围的残屑等杂质。

（2）装配。将半空心铁铆钉装配到预制的孔中并同时保证铁铆钉与纯铝板搭接表面充分接触以及铁铆钉与孔无隙接触。

（3）设置焊接参数。焊接时间13~16s，焊接电流3.0~3.5kA，电极压力为0.22~0.27 kN。

（4）焊接。打开冷却水阀，将装配好的焊件放置在点焊机上、下电极间，保证焊件搭接区域中心铆钉与两电极处于同一条轴线上；通电进行焊接。焊前结构图及焊后结构图分别如图1和图2所示。

对焊接后得到的试样在岛津万能试验机上进行室温力学拉伸实验，结果表明：试样在塑料侧断裂，在铁铆钉处产生裂纹源并沿裂纹源在塑料板上向两侧扩展直至断裂；对其进行破坏实验发现铁铆钉穿透铝母材并围绕铁铆钉周围有一圈胶结区域存在。

实施例2：

（1）打孔。选取厚度为2mm的ABS塑料板1和厚度为1mm的2A12铝合金板2，半空心铆钉为铁铆钉，其直径为2mm，长度为4mm；在ABS塑料板1的搭接区域中心处打孔，孔的直径为2mm，并清理孔周围的残屑等杂质。

（2）装配。将半空心铁铆钉装配到预制的孔中并同时保证铁铆钉与铝合金板搭接表面充分接触以及铁铆钉与孔无隙接触。

（3）设置焊接参数。焊接时间13~16s，焊接电流3.2~3.5kA，电极压力为0.24~0.30kN。

（4）焊接。打开冷却水阀，将装配好的焊件放置在点焊机上、下电极间，保证焊件搭接区域中心铆钉与两电极处于同一条轴线上；通电进行焊接。焊前结构图及焊后结构图分别如图1和图2所示。

对焊接后得到的试样在岛津万能试验机上进行室温力学拉伸实验，结果表明：试样在铆钉处断裂；对其进行破坏实验发现铆钉未完全穿透铝合金母材且铆钉被镦粗，但围绕铁铆钉周围有一圈胶结区域存在。

实施例3：

（1）打孔。选取厚度为2mm的ABS塑料板1和厚度为1mm的工业纯铝板2，半空心铆钉为不锈钢铆钉，其直径为4mm，长度为6mm；在ABS塑料板1的搭接区域中心处打孔，孔的直径为4mm，并清理孔周围的残屑等杂质。

（2）装配。将半空心不锈钢铆钉装配到预制的孔中并同时保证不锈钢铆钉与纯铝板搭接表面充分接触以及不锈钢铆钉与孔无隙接触。

（3）设置焊接参数。焊接时间16~20s，焊接电流3.4~3.8kA，电极压力为0.22~0.27kN。

（4）焊接。打开冷却水阀，将装配好的焊件放置在点焊机上、下电极间，保证焊件搭接区域中心处的不锈钢铆钉与两电极处于同一条轴线上；通电进行焊接。焊前结构图及焊后结构图分别如图1和图2所示。

对焊接后得到的试样在岛津万能试验机上进行室温力学拉伸实验，结果表明：试样在不锈钢铆钉处断裂，对其进行破坏实验发现不锈钢铆钉穿透铝板且同时绕铆钉周围有一圈胶结区域存在。