本发明专利技术公开了一种铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊的方法，属于金属材料焊接技术领域。该方法采用点焊电极对铝合金与镀锌高强钢施焊，其中铝合金侧为直径30-100mm的球面电极，镀锌高强钢侧为直径8-15mm的平端面电极。该方法可减小点焊过程中喷溅的产生，防止工件与电极的粘连及合金化反应；同时提高铝合金侧点焊熔核的尺寸，控制铝合金/镀锌高强钢界面金属间化合物的生长行为，减小脆性FexAly金属间化合物的产生。经过对电阻点焊工艺参数优化得到的铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊接头性能得到显著提升，点焊接头的拉剪力最高可达5400N，铝合金/镀锌高强钢界面金属间化合物厚度控制在5.0μm以下。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料焊接
，具体涉及。
技术介绍
在资源紧缺和环境污染的迫切形势下，汽车轻量化是汽车工业领域实现节能减排的对策之一。实现汽车轻量化的途径主要包括轻量化材料的使用、汽车结构的优化设计、先进制造技术的应用。增加汽车车身中铝合金与高强钢等轻质材料的使用比例是实现汽车轻量化最直接有效的方法。在高强钢结构车身中加入铝合金部件的钢/铝复合车身框架结构是当前汽车工业领域实现轻量化的主要设计思路和技术途径。因此，铝合金与高强钢异种材料的连接(焊接)是汽车制造过程中亟需解决的问题。汽车工业中铝与钢的连接方法仍然采用传统机械连接方式，如胶接、铆接(包括自冲铆)、螺栓连接等。这些连接方法不仅工艺复杂、效率低、表面质量不美观，而且机械连接接头未能形成牢固的冶金结合，其腐蚀、疲劳等性能往往低于同质材料焊接接头，难以实现优质高效的连接。由于铝与钢异种材料之间的热物理性能如熔点、比热容、导热系数、电阻率和线膨胀系数等存在较大的差异，并且Fe在A1中的固溶度低，导致铝与钢异种材料之间的焊接性差。若采用传统熔化焊如TIG电弧焊、MIG/MAG电弧焊、C02气体保护焊等，电阻焊诸如工频交流点焊等，接头中容易产生硬脆的金属间化合物、缩孔、裂纹等缺陷，严重恶化了焊接接头的性能，难以达到使役要求。因此，深入研究铝合金与高强钢异种材料焊接性特点，开发实用高效的焊接技术成为铝合金和高强钢在汽车制造工业中规模化应用的关键问题和技术难点之一。目前，国内外学者与工程技术人员尝试采用固相焊、电弧熔一钎焊、激光熔一钎焊和搅拌摩擦焊等方法实现铝与钢异种材料的焊接，具体方法及特点如下:(1)固相焊固相焊方法诸如爆炸焊、磁脉冲焊、超声波焊、摩擦焊等用于铝与钢异种材料焊接时，主要是利用外加强磁场力(磁脉冲焊)、机械振动导致的静压力(超声波焊)、摩擦力(摩擦焊)等诱发待焊的铝与钢异种材料工件在接触面处产生高速塑性流变，挤出接触面上的氧化膜，同时带来温度的骤升促进了界面反应行为，从而实现铝与钢异种材料的冶金结合。固相焊热输入较低，可有效减小铝与钢界面金属间化合物层的厚度，提高焊接接头的力学性能。但是固相焊焊接设备往往对待焊工件或结构的形状与尺寸要求较高，难以满足汽车工业批量化生产的需求。(2)熔一钎焊熔一钎焊是采用TIG电弧、MIG电弧或激光作为热源，填加铝基或锌基焊丝对铝与钢异种材料工件进行焊接的方法。为抑制焊接接头中金属间化合物的生长，减小缩孔和裂纹等缺陷，需严格控制焊接工艺以保证钢母材不熔化，铝母材及焊丝熔化并铺展在钢的表面，从而形成熔一钎焊接头。熔一钎焊目前尚处于实验室研究阶段，并且熔一钎焊接头容易在铝/钢界面处断裂，限制了焊接质量的提升。(3)搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊通过搅拌针高速旋转以及搅拌头肩部与待焊铝与钢工件摩擦产热作为热源，在铝与钢界面形成牢固冶金结合的方法。由于搅拌摩擦焊热输入较小，铝/钢界面的金属间化合物生长受到抑制，一定程度上改善了焊接质量。但是铝与钢搅拌摩擦焊尚处于研究探索中，且成本较高，尚未在汽车制造领域中得到应用。作为汽车制造过程中使用最广的焊接方法之一，若能通过电阻点焊方法实现铝合金与高强钢优质高效的连接，将极大提升铝合金和高强钢在汽车中的使用量，从而为实现汽车轻量化提供必要的技术基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该方法实现方式简单，可对汽车用铝合金与镀锌高强钢异种材料进行焊接。该方法可避免焊接过程中喷溅的产生，同时还可有效控制铝合金/镀锌高强钢界面金属间化合物的生长行为，减小脆性FexAly金属间化合物的产生，提升铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊接头性倉泛。本专利技术的技术方案是:，该方法是采用点焊电极对铝合金与镀锌高强钢施焊，从而获得铝合金与镀锌高强钢异种材料的中频点焊接头。所述点焊电极具有经过优化的特殊端面形貌，铝合金侧为直径30-100_的球面电极，镀锌高强钢侧为直径8-15mm的平端面电极。所述铝合金为6000系铝合金板，所述镀锌高强钢为热镀锌高强IF钢板。所述点焊电极材质为CuCr合金。所述球面电极和平端面电极表面粗糙度Ra值应低于0.8 μ m。通过采用具有优化的特殊端面形貌的点焊电极以精确调整所述铝合金与所述高强钢结合面、所述电极与所述铝合金接触面、所述电极与所述镀锌高强钢接触面、所述铝合金板和所述高强钢板内的电流密度分布状态，从而减小中频电阻点焊过程中的喷溅的产生，防止工件与电极的粘连及合金化反应；同时还可提高所述铝合金侧点焊熔核的尺寸，有效控制所述铝合金/镀锌高强钢界面金属间化合物的生长行为，减小脆性FexAly金属间化合物的产生。所述中频点焊过程为:所述铝合金表面经过机械打磨以除去致密的A1203氧化膜，所述镀锌高强钢表面经过丙酮清洗以去除油污；所述优化的特殊端面形貌的点焊电极分别安装于中频直流电阻点焊设备的焊钳上，其中，所述平端面电极置于焊钳的固定端，所述球面电极置于焊钳的运动端；将所述6000系铝合金板与所述热镀锌高强IF钢板搭接在一起放置于所述平端面电极上，所述平端面电极位于所述热镀锌高强IF钢板表面搭接区域中心位置；按照设定的中频点焊参数进行施焊，得到铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊接头。所述中频直流电阻点焊设备的初级电压为380V，初级频率为50Hz，次级频率为1kHz，次级短路电流最大为30kA，电极压力最大为9kN。所述中频点焊优化的工艺参数为:点焊电流为10-26kA，焊接时间为0.05-0.4s，电极压力为1.0-5.0kN，预压时间为0.2-0.4s，维持时间为 0.3-0.4s。所述中频点焊中未发生点焊喷溅，采用优化的工艺参数施焊后，所述铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊接头表面未出现工件与电极的粘连及合金化反应，点焊接头中铝合金侧熔核的尺寸最大为10.1mm;所述铝合金与镀锌高强钢界面金属间化合物相组成为Fe2Al5和Fe4Al13，厚度小于4.0 μ m ;铝合金侧表面压痕深度为铝合金板厚的17 %，点焊接头的拉剪力最高可达5400N。铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊接头在拉剪试验过程中的破坏方式为纽扣断裂，裂纹沿点焊接头周边铝合金母材处扩展，未出现结合面断裂方式。本专利技术方法主要用于汽车用6000系铝合金板与汽车覆盖件用热镀锌高强IF钢板的焊接。本专利技术与现有的铝合金与高强钢异种材料电阻点焊的方法相比有以下优点:1.实现形式简单，成本较低，便于操作，容易规模化生产应用。该中频点焊方法所选用的焊接设备为中频直流电阻点焊机，配套的焊钳为悬挂式，电极采用CuCr合金材质。利用普通数控车床或专用电极帽修整设备即可加工出经过优化的端面形状及尺寸的电极，并且电极端面在批量点焊过程中易于修整，有助于生产效率的提升。2.与传统工频交流点焊相比，本专利技术的铝合金与镀锌高强钢异种材料当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝合金与镀锌高强钢异种材料中频点焊的方法，该方法是采用点焊电极对铝合金与镀锌高强钢施焊，从而获得铝合金与镀锌高强钢异种材料的中频点焊接头；其特征在于：所述点焊电极中：所述铝合金侧为直径30‑100mm的球面电极，所述镀锌高强钢侧为直径8‑15mm的平端面电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张伟华，孙大千，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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