一种铝基复合材料的电阻点焊方法技术

本发明专利技术公开了一种铝基复合材料的电阻点焊方法。在对铝基复合材料进行电阻点焊连接时，在铝基复合材料之间添加一厚度为2～10μm的纯铝箔片，在铝基复合材料之间添加一纯铝箔片进行点焊连接时，其预压时间为0.8～1.8秒，维持时间为1.0～2.2秒，电极压力为2500～3500牛顿，焊接时间为0.3～0.5秒，焊接电流为16.5～19.5千安。本发明专利技术通过在铝基复合材料之间添加一纯铝箔片进行电阻点焊连接，从而有效改善目前铝基复合材料电阻点焊熔核直径小、接头强度低和粘连等缺陷。利用本发明专利技术对铝基复合材料进行点焊，其熔核平均直径为7.2mm，接头的平均抗剪力为2043.9牛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高铝基复合材料电阻点焊接头性能的工艺方法，具体涉及一种在常规铝基复合材料电阻点焊基础上通过在两个铝基复合材料之间添加纯铝箔片来改善接头性能的工艺方法。即本专利技术具体涉及。
技术介绍
铝基复合材料是目前应用最广、发展最快的一种金属基复合材料，具有高比强度、高比模量、耐磨性好和热膨胀系数低等优点，还可以根据需要对材料的性能进行组合设计，因而有较大的应用前景。然而，铝基复合材料的基体与增强相之间热物理性能如熔点、导热系数、热膨胀系数以及化学相容性相差较大，使其焊接要比单相均质材料复杂得多，形成高强度的焊接接头较困难。这种材料的连接问题一直阻碍着该种材料的迅速发展，成为该材料走向实用化的障碍。电阻点焊是一种主要用于薄板连接的制造工艺，因其具有生产率高、焊接质量好、低成本和易实现高速自动化生产等特点，广泛应用于汽车制造及航空等工业部门。另外，对于铝基复合材料电阻点焊而言，点焊过程加热时间短，能有效抑制增强相与基体铝Al间的界面反应，并且在压力作用下成形，接头成型更致密。所以，电阻点焊更适合用于此类铝基复合材料的连接，是一种很有前景的复合材料焊接工艺。本专利技术技术人员根据铝基复合材料的性能和电阻点焊工艺的特点，前期曾进行了SiCp/LY12复合材料的电阻点焊工艺研究，验证了电阻点焊制造工艺完全可以应用到含有增强相的铝基复合材料连接中(详见论文:袁森，李杏瑞.SiCp/LY12复合材料的电阻点焊工艺研究[J]，金属铸锻焊技术，2008，37 (1):49-51)。但是，在此工艺下形成的熔核平均直径较小，只有4.3mm,没有充分发挥材料的潜能。据此，本专利技术技术人员在2009年申请的专利技术专利“铝基复合材料的电阻点焊新方法”(专利号为CN200910065736.6)中进行了改进，详见该专利技术专利的具体内容。在该专利提供的技术方案中，对铝基复合材料连接时，在铝基复合材料和电极之间添加不锈钢(该专利的电阻点焊示意图详见附图1)。由此可以增加热输入，减少热散失。但是，在后续深入的研究中发现该专利存在如下主要缺陷: (I)点焊熔核直径未达到最大值、点焊接头的抗拉剪力还有待提高；即点焊熔核直径和点焊接头的抗拉剪力均有待进一步提高。对于铝基复合材料的电阻点焊，接头没有缺陷时，熔核直径越大，接头的拉剪力越大；CN200910065736.6的专利技术专利中熔核直径为5.3mm，不是最大值；拉剪力为1693牛顿，也不是最大值。(2)接头区易过热，容易产生不锈钢和铝基复合材料工件之间的粘连(粘连现象详见附图2)。(3)按照CN200910065736.6的专利技术专利公开的技术方案进行电阻点焊焊接时，由于不锈钢与铝基复合材料试样表面不可能绝对平整，而且不锈钢(例如ICrlSNiOTi)的电阻率为70 X 10_6?130 X 10_6Ω.m，而铝合金(例如LY12)的电阻率为4.4 χ 10_6Ω.m，相差约20倍；不锈钢的热传导系数为20W/ (m.K)，铝合金的热传导系数为237W/ (m.K)，相差约10倍。从而使得点焊时不锈钢和铝基复合材料的接触面迅速升温，不易散热，很容易造成不锈钢和铝基复合材料试样之间的粘连，影响试样表面质量，损坏电极，降低接头的力学性能。(4)按照CN200910065736.6的专利技术专利公开的技术方案进行电阻点焊焊接时，因过热极易在点焊接头区形成氢气孔缺陷(详见附图2)。本专利技术技术人员经过长期不懈的深入研究，研制出一种能够解决上述铝基复合材料点焊焊接时存在的缺陷的新点焊工艺方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:针对现有铝基复合材料电阻点焊方法存在的熔核直径较小、点焊接头的抗拉剪力较小和粘连等缺陷，本专利技术提供一种能够提高目前铝基复合材料电阻点焊接头性能的方法，即本专利技术提供一种新的铝基复合材料电阻点焊方法。本专利技术技术方案通过在铝基复合材料之间添加一纯铝箔片进行电阻点焊连接，从而有效改善目前铝基复合材料电阻点焊接头性能的问题，即从而解决了铝基复合材料电阻点焊熔核直径小、接头强度低和粘连等缺陷。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是: 本专利技术提供，在对铝基复合材料进行电阻点焊连接时，在招基复合材料之间添加一厚度为2?10 μ m的纯招猜片，在招基复合材料之间添加一纯铝箔片进行点焊连接时，其预压时间为0.8?1.8秒，维持时间为1.0?2.2秒，电极压力为2500?3500牛顿，焊接时间为0.3?0.5秒，焊接电流为16.5?19.5千安。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述铝基复合材料的基体为2A12、2A11、2A14、6A02、2A50、2B50和3A21中的任一种；所述铝基复合材料的增强相为碳化硅颗粒、碳化硅晶须或氧化铝颗粒。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述铝基复合材料的增强相颗粒平均粒径为5?15 μ m，增强相在铝基复合材料中所占的体积分数为12?18%。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述铝基复合材料加工成试样，试样两边等厚，其厚度为1.2?2.0mm。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述铝基复合材料试样的规格为45X25X 1.5mm，铝基复合材料试样焊接时搭接长度为13?16mm。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述在铝基复合材料电阻点焊过程中冷却水流量为2?4升/分。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述点焊机电极材料为紫铜，电极直径为12?28mm,电极端部形状为球面电极、圆顶电极或平面电极。根据上述的铝基复合材料的电阻点焊方法，所述铝基复合材料在电阻点焊开始前将其表面和背面用砂纸打磨，去除表面氧化膜，再用丙酮清理并风干；所用纯铝箔片光滑平整，并且在电阻点焊前用丙酮清洗干净并风干。点焊工艺过程结束后，取出点焊试样，即得到本专利技术技术的铝基复合材料电阻点焊接头。点焊接头的微观形貌如附图8所示，在熔核中心区颗粒分布均匀，但数量稀少；在焊缝过渡区母材颗粒较多，从点焊熔核中心到过渡区再到母材区基体连接好，未出现气孔、裂纹等缺陷，进一步证实了采用本专利技术技术方案焊接铝基复合材料的可行性。本专利技术的积极有益效果: 1、本专利技术在招基复合材料电阻点焊现有技术的基础上，在两个招基复合材料试样之间放置一纯铝箔片(参见附图3)，把原来两个试样的直接点焊变成两个试样中间添加纯铝箔夹层的点焊，从而改善电阻点焊时热源的状态。采用本专利技术技术方案进行电阻点焊连接，增加两个接触电阻Rcl，根据点焊产热公式可知(电阻点焊电阻示意图详见附图5)，在其它条件相同时从熔核内部直接增加点焊接头区的产热，从而可形成直径为7.2mm的较大点焊熔核。2、本专利技术在两个铝基复合材料之间添加一纯铝箔片，从微观上改善接头的连接特性，减少弱连接的对数，提高接头的拉剪力(参见附图6)。从附图6可以看出，不加Al箔时，点焊接头区连接方式有Al-Al、Al-SiC及SiC-SiC ;添加Al箔后，点焊焊接头区连接方式为Al-Al及Al-SiC。SiC属于陶瓷材料，在点焊连接方式中SiC-SiC及Al-SiC属于弱连接，连接强度低；而Al-Al连接的强度要远大于SiC-SiC及Al-SiC。所以，Al箔的加入，使原来增强体-增强体、(弱连接)转变为增强体-基体连接(强连接)，接头强度得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基复合材料的电阻点焊方法，其特征在于：在对铝基复合材料进行电阻点焊连接时，在铝基复合材料之间添加一厚度为2～10μm的纯铝箔片，在铝基复合材料之间添加一纯铝箔片进行点焊连接时，其预压时间为0.8～1.8秒，维持时间为1.0～2.2秒，电极压力为2500～3500牛顿，焊接时间为0.3～0.5秒，焊接电流为16.5～19.5千安。

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料的电阻点焊方法，其特征在于:在对铝基复合材料进行电阻点焊连接时，在招基复合材料之间添加一厚度为2?10 μ m的纯招猜片，在招基复合材料之间添加一纯铝箔片进行点焊连接时，其预压时间为0.8?1.8秒，维持时间为1.0?2.2秒，电极压力为2500?3500牛顿，焊接时间为0.3?0.5秒，焊接电流为16.5?19.5千安。2.根据权利要求1所述的铝基复合材料的电阻点焊方法，其特征在于:所述铝基复合材料的基体为2A12、2A11、2A14、6A02、2A50、2B50和3A21中的任一种；所述铝基复合材料的增强相为碳化硅颗粒、碳化硅晶须或氧化铝颗粒。3.根据权利要求2所述的铝基复合材料的电阻点焊方法，其特征在于:所述铝基复合材料的增强相颗粒平均粒径为5?15μπι，增强相在铝基复合材料中所占的体积分数为12 ?18%。4.根据权利要求1所述的铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杏瑞，牛济泰，史新伟，
申请(专利权)人：郑州大学，河南晶泰航空航天高新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41