一种用于异质材料电阻点焊的紧固件及焊接方法技术

一种用于异质材料电阻点焊的紧固件及焊接方法。所述紧固件组件包括轴身以及轴套两部分；轴身以及轴套两部分，且所述轴套的电阻率高于轴身电阻率；所述轴套具有中空的围绕所述轴身布置的轴套轴身，以及向外延伸的轴套端盖，且所述轴套轴身与轴套端盖过渡处具有环形凹槽，用于容纳焊接时的飞溅物；所述的轴身可伸入所述的轴套轴身，当所述紧固件放置在由不同材料的第一和第二导电材料组成的堆叠体上时，通过电阻点焊施加的压力和电流作用，使所述的轴身轴肩穿透第一导电材料并使部分第一导电材料加热而产生熔融金属向外喷射至所述环形凹槽内，进而使所述的轴身轴肩与第二导电材料形成电阻点焊焊点；其中所述轴身与第二导电材料材质相同。该紧固件及焊接方法可有效解决异质材料电阻点焊焊接质量差的问题，结构简单，实施效果好。实施效果好。实施效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于异质材料电阻点焊的紧固件及焊接方法


[0001]本专利技术属于异种板材金属材料连接领域的技术，具体涉及一种轻金属与钢堆叠件的电阻点焊装置及其焊接方法。

技术介绍

[0002]目前在汽车行业中，钢材广泛用于汽车车身的制造，随着社会对汽车需求量逐年增加，大量的能源消耗以及有害汽车尾气排放成为汽车行业面临的重大挑战。而减少汽车的车身质量被证明能有效地提升燃料效率和减少有害气体排放，因此汽车轻量化发展成为当前汽车行业的一个主题。为了制造更轻汽车车身，当前钢正在被更轻的轻金属材料(如铝合金和镁合金等)所取代，因为轻金属同样具有高比强度、良好耐腐蚀性和成型性。但是为了车身结构更加安全可靠，钢结构在车身制造中依旧是主流材料，因为钢具有更好的机械性能可以满足强度要求，并且钢材的成本相较于轻金属而言具更低。此外，随着钢材的制造和研发能力不断提升，大量种类的高强钢、超高强钢的性能逐渐被市场所认可并获得应用，因此强度更高的钢应用在车身制造中，在相同的强度要求下可以实现更小的重量。因此，未来车身制造的必然趋势是轻金属与钢多材料混合制造，在此背景下，轻金属与钢的连接在所难免。
[0003]然而，由于轻金属与钢的热物理性能不相容、互溶性低，在轻金属与钢的焊接过程面临巨大的挑战，比如飞溅、气孔、裂纹等；其中轻金属与钢焊接最大的挑战是焊缝中容易形成大量的脆性金属间化合物，这种化合物导致接头力学性能极差，由于脆性化合物大量存在于焊缝中，在焊接热应力和残余应力作用下，也导致焊缝形成大量裂纹，进一步恶化接头性能。因此，目前轻金属与钢的连接获得应用的技术包括胶接和机械连接。然而，胶接连接强度较差，受温度影响会老化失效并且胶接需要较大的搭接面积，这也增加了构件的连接成本；对于机械连接，其连接强度较为可靠，但是机械连接设备昂贵，连接效率低，此外随着高强钢的应用逐渐普及，机械连接也面临巨大的挑战，例如自冲铆接在连接高强钢甚至超高强钢时由于高强钢的延性差而无法有效地实现机械锁合、钢工件开裂和铆钉容易墩粗等问题。而焊接由于其效率高，成本低廉，采用焊接技术制备可靠的轻金属与钢的焊接接头对汽车轻量化发展具有重大的意义。
[0004]目前，采用包括固相焊、钎焊和熔化焊几乎所有的焊接方法对轻金属与钢异种材料组合进行焊接，此外涌现出一些新的复合焊接工艺，例如激光
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电弧复合焊、超声波
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电阻点焊复合焊、超声波
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搅拌摩擦复合焊、磁场辅助弧焊以及磁场辅助电阻点焊等，这些方法在焊接铝合金和钢时，几乎所有的结果均表明，焊缝中存在脆性金属化合物导致了焊接接头性能较差，此外大量的研究工作也指出轻金属与钢焊接时及其容易形成裂纹和气孔等，这进一步降低接头力学性能；此外由于大量的钢材表面存在涂层，例如Al
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Si涂层、Zn涂层和Sn涂层等等，这些涂层进一步增加了轻金属与钢异种材料焊接的难度。因此，轻金属与钢的焊接接头性能几乎还无法满足广泛应用的要求，这限制了焊接技术在轻金属与钢连接的应用。为了实现轻金属与钢的焊接，进而推动汽车行业的轻量化发展，本领域迫切需要一种
能够实现高效和高质量连接异种金属的焊接方法，降低异种金属构件的连接成本和提升汽车车身结构的力学性能，进而促进汽车轻量化发展。

技术实现思路

[0005]为了克服以上问题，本专利技术提供了一种用于异质材料电阻点焊的紧固件及焊接方法。解决电阻点焊焊接多层相互堆叠具有熔点差异的异质材料焊接性能差的问题；
[0006]提供了一种紧固件组件及焊接方法，利用电阻点焊的压力和热作用使紧固件穿透第一层低熔点工件，并形成熔融的低熔点金属，使低熔点金属排至紧固件环形凹槽内，克服其向外飞溅而形成的环境污染以及较大的焊接变形等问题；同时利用电阻点焊将紧固件与第二金属形成电阻点焊焊点，有效克服异质材料焊接过程中脆性化合物的形成，提升焊点强度；同时由于在形成焊点过程中，紧固件外侧有高电阻率的材料包围，可使焊接电流充分从中心通过，高效、低成本的实现可靠焊点的形成。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现解决以上问题的：
[0008]一种用于异质材料电阻点焊的紧固件，用于利用电阻点焊将第一导电材料与第二导电材料连接，所述的第一导电材料的熔点比第二导电材料的熔点低，其特点在于，该紧固件包括：
[0009]轴身以及轴套两部分，且所述轴套的电阻率高于轴身电阻率；
[0010]所述轴身轴身整体呈圆柱形结构；
[0011]所述轴套由具有中空的轴套轴身，以及位于该轴套轴身端部、且向外延伸的轴套端盖构成，所述轴套轴身与轴套端盖过渡处具有环形凹槽，用于容纳焊接时的飞溅物；
[0012]所述的轴身可伸入所述的轴套轴身的中空处，当所述紧固件放置在由不同材料的第一和第二导电材料组成的堆叠体上时，通过电阻点焊施加的压力和电流作用，使所述的轴身下端面部分穿透第一导电材料并使部分第一导电材料加热而产生熔融金属向外喷射至所述环形凹槽内，进而使所述的轴身下端面与第二导电材料形成电阻点焊焊点；所述轴身与第二导电材料材质相同。
[0013]优选例中，所述的轴身与轴套通过机械过盈配合、螺纹连接或焊接配合。
[0014]优选例中，环形凹槽所容纳的体积是足够容纳熔融排除的金属，其容积为0.2
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0.8倍的轴身与轴套轴身所包围实体的体积v2。
[0015]优选例中，所述轴身中部具有接收焊接电极的凹陷。
[0016]优选例中，所述的凹陷呈矩形、V型或U型。
[0017]优选例中，所述轴身下端面为凸出的圆弧面、锥面或端平面形貌。
[0018]提供一种使用任一1
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5所述的紧固件将第一导电材料和第二导电材料通过电阻点焊连接的方法，其特点在于，包括如下步骤：
[0019]将所述第一导电材料和所述第二导电材料堆叠；其中第一导电材料的熔点比第二导电材料的熔点高；
[0020]将所述紧固件置于第一导电材料之外，所述紧固件轴身与第一导电材料材质相同，以形成包括所述紧固件、所述第一材料和所述第二材料在内的堆叠件组合；
[0021]向所述堆叠件组合施加电阻点焊工序，其中包括：
[0022]第一过程，通过电极压力和焊接电流经过紧固件，使接触部位第一导电材料被快
速加热并被紧固件刺穿，形成熔融金属；
[0023]其中所述电流有效值超过10KA，且持续时间不小于50ms，从而使熔融金属快速喷射至所述环形凹槽内；
[0024]第二过程，通过电极压力和焊接电流将紧固件轴身与第二导电材料连接形成电阻点焊焊点。
[0025]在一优选例中，所述第一过程的焊接电流是不小于0.7倍第二过程的焊接电流；
[0026]在一优选例中，所述第一导电材料为铝材，所述第二导电材料为钢材；
[0027]在一优选例中，所述第一过程中熔融金属被排到环形凹槽中的时间不超过0.5s；
[0028]本专利技术的有益效果为：
[0029]1、本专利技术紧固件结构简单，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于异质材料电阻点焊的紧固件，用于利用电阻点焊将第一导电材料与第二导电材料连接，所述的第一导电材料的熔点比第二导电材料的熔点低，其特征在于，该紧固件包括：轴身以及轴套两部分，且所述轴套的电阻率高于轴身电阻率；所述轴身轴身整体呈圆柱形结构；所述轴套由具有中空的轴套轴身，以及位于该轴套轴身端部、且向外延伸的轴套端盖构成，所述轴套轴身与轴套端盖过渡处具有环形凹槽，用于容纳焊接时的飞溅物；所述的轴身可伸入所述的轴套轴身的中空处，当所述紧固件放置在由不同材料的第一和第二导电材料组成的堆叠体上时，通过电阻点焊施加的压力和电流作用，使所述的轴身下端面部分穿透第一导电材料并使部分第一导电材料加热而产生熔融金属向外喷射至所述环形凹槽内，进而使所述的轴身下端面与第二导电材料形成电阻点焊焊点；所述轴身与第二导电材料材质相同。2.根据权利要求1所述的一种用于电阻点焊的紧固件，其特征在于，所述的轴身与轴套通过机械过盈配合、螺纹连接或焊接配合。3.根据权利要求1所述的一种用于电阻点焊的紧固件，其特征在于，环形凹槽所容纳的体积是足够容纳熔融排除的金属，其容积为0.2
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0.8倍的轴身与轴套轴身所包围实体的体积v2。4.根据权利要求1所述的一种用于电阻点焊的紧固件，其特征在于，所述轴身中部具有接收焊接电极的凹陷。5.根据权利要求4所述的一种用于电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳俊，杨上陆，李铭锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：