一种异种金属接头点焊方法及焊接铆钉技术

一种异种金属接头焊接方法，对熔点高于1200℃的第一金属和熔点低于800℃的第二金属进行焊接，提供熔点高于1200℃的焊接铆钉，该焊接铆钉包括轴部、帽盖和顶壁，其中轴部长度短于帽盖边缘，焊接方法包括预热阶段和焊接阶段，在预热阶段将帽盖至少部分压入第二金属表面形成机械锁合，随后进行焊接阶段使轴部直接与第一金属板焊接在一起。本方法能够提高异种金属点焊接头的强度，改善表面质量与焊点密封性。本发明专利技术还提供一种焊接铆钉。本发明专利技术还提供一种焊接铆钉。本发明专利技术还提供一种焊接铆钉。

【技术实现步骤摘要】
一种异种金属接头点焊方法及焊接铆钉


[0001]本专利技术属于焊接领域，具体涉及一种异种金属接头点焊方法及焊接铆钉。

技术介绍

[0002]在异种金属特别是轻金属与钢之间进行点焊连接时，由于焊接区域内容易形成大量脆性金属间化合物进而造成接头力学性能衰退，通过设置各类辅助焊接工件来改善异种接头性能一直是行业研究的热门课题。部分焊接工艺采用了钢制铆钉作为焊接辅助工具，在焊接时铆钉叠放在钢板与待焊接的铝板之上，通过将铝排出，使铆钉与钢板直接焊接在一起的方式来改善接头强度。
[0003]然而，这一焊接方式仍然难以避免在焊点周围产生部分金属间化合物，当焊接接头承受载荷时，全部应力集中于焊点，这些脆性金属间化合物容易萌生裂纹，从而导致接头的强度与耐久性能下降。因此，提出一种能够改善焊点应力集中状态的焊接工艺，具有较高的实用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种异种金属接头点焊方法，以提高点焊接头的力学性能。本专利技术还提供一种焊接铆钉。
[0005]根据本专利技术实施例的一个方面，提供一种异种金属接头点焊方法，该方法提供焊接铆钉以进行第一金属板和第二金属板的叠焊，所述焊接铆钉与所述第一金属板的熔点高于1200℃，所述第二金属板的熔点低于800℃，所述焊接铆钉包括顶壁、设置在所述顶壁中心的轴部和环绕所述顶壁设置的帽盖，将所述第一金属板、第二金属板、焊接铆钉以层叠状布置，使所述第二金属板置于所述第一金属板和焊接铆钉之间，其中所述焊接铆钉的轴部处于所述帽盖环绕形成的半开放空间内部，以所述轴部所在位置为焊点的中心进行电阻焊连接，焊接过程包括预热过程和焊接过程。具体地，在所述预热过程中，对所述焊点施加预热压力和预热电流，使部分所述第二金属板软化，所述帽盖边缘至少部分嵌入所述第二金属板中产生机械锁合。在所述焊接过程中，对所述焊点施加焊接压力和焊接电流，所述轴部穿过第二金属板将熔化的第二金属板排出并与所述第一金属板直接焊接在一起。
[0006]在点焊过程中，焊接铆钉与第一金属板会因焊接电极的挤压而变形，通常铆钉变形过程中因中央和边缘区域受力不均而发生局部翘曲，使其有无法为焊接接头提供充分的机械锁合作用的风险。本专利技术采用的方法首先在预热步骤利用预热电流将第二金属板局部软化，进而使焊接铆钉在未发生变形或变形量较小时帽盖就部分地嵌入到第二金属板之中，当焊接步骤中增大焊接电流与压力使铆钉变形时，轴部分流掉了主要的焊接电流使帽盖与第二金属板接触的区域保持较低的温度和较高的硬度，第二金属板对嵌入其中的帽盖部分提供约束避免其翘曲变形；而当焊接完成后，金属帽盖完整的嵌入状态则能够为焊点提供额外的机械锁合作用，在承受载荷特别是正拉载荷时，帽盖压紧第二金属板，以其自身的结构强度分散了焊点的载荷，有助于力学性能的提高；同时，由于帽盖自身具有一定的弹
性，在较小的载荷范围内能够吸收焊点承受应力时发生的变形，一定程度上抑制金属间化合物内裂纹的萌生，延长焊接接头的疲劳寿命，同时帽盖也起到了提高焊点密封性能的作用。
[0007]进一步地，所述预热电流的持续时间T和电流强度I满足：30ms≤T≤350ms；当t≤1mm时，2kA≤I≤7kA；当1mm＜t≤2.5mm时，3kA≤I≤10kA；当t＞2.5mm时，5kA≤I≤12kA；其中t为第二金属板厚度。预热电流应使第二金属板软化或部分熔化，而焊接铆钉与第一金属板基本不发生变形。
[0008]进一步地，所述焊接过程包括飞溅阶段和熔接阶段，所述飞溅阶段对焊点施加飞溅电流，使所述第二金属板熔化并以飞溅的形式脱离所述轴部与所述第一金属板之间的区域，并容纳在所述帽盖之内；在所述熔接阶段，对所述焊点施加熔接电流，所述轴部与所述第一金属板接触区域熔化并形成焊接熔核。利用飞溅过程排出轴部与第一金属板间的第二金属板能够减少异种金属高温接触的时间，抑制金属间化合物的生成。同时，帽盖能够对飞溅的第二类金属起到容纳遮挡的作用，避免飞溅的凝固组织对焊接工件的表面质量造成不利影响；同时，第二类金属填充在帽盖中，进一步提高了焊点的密封性能。
[0009]进一步地，所述焊接铆钉的所述顶壁到轴部末端距离与所述顶壁到所述帽盖边缘距离的比值为0.5
‑
0.75，在所述预热步骤中使所述帽盖部分嵌入所述第二金属板中直至所述轴部末端与所述第二金属板表面相抵接。在预热步骤中将帽盖下压使其部分嵌入第二金属板表面直至轴部与第二金属板表面相抵接。由于此时轴部已经接触到第二金属表面，这样在进行焊接步骤时，也保证了焊接电流主要经轴部传导，以便快速有效地实现焊接。
[0010]进一步地，所述轴部长度与所述第二金属板厚度之比为0.5至1.5。为了使铆钉在焊接变形后能够维持机械锁合功能，轴部的长度应与第二金属板的厚度相匹配。当轴部过短，焊接过程中铆钉剧烈变形，帽盖的边缘区域易发生明显的翘曲，影响机械锁合效果；轴部长度过长则容易发生扭曲变形影响焊接效果，还会导致铆钉突出严重和增加焊点的重量。
[0011]进一步地，所述使熔化的第二金属板排出所的过程不超过0.5s。缩短熔化的第二金属板与第一金属板的接触时间以抑制金属间化合物的生成。
[0012]根据本专利技术实施例的另一个方面，提供一种焊接铆钉，用于第一金属板和第二金属板的叠焊，所述焊接铆钉与所述第一金属板的熔点高于1200℃，所述第二金属板的熔点低于800℃，所述焊接铆钉与第一金属板具有相同的基材，在焊接时所述第二金属板置于所述第一金属板和焊接铆钉之间，其中该铆钉包括顶壁、设置在顶壁中心的轴部和环绕所述顶壁设置的帽盖；所述轴部凸出与所述顶壁的高度小于所述帽盖边缘凸出与所述顶壁的高度；所述帽盖边缘上凸出设置有多个钉扎部，用于在焊接时钉入待焊接的金属板表面以提供机械锁合。在焊接过程中，铆钉的帽盖首先嵌入待焊接的第二金属板表面以形成机械锁合，随后轴部与第二金属板接触并使焊接电流主要通过轴部传导以将第二金属板熔化、排出并在轴部与第一金属板之间形成焊核。焊接完成后，焊接铆钉的帽盖与待焊接的第二金属板通过机械锁合连接在一起，能够分散焊点所承受的载荷特别是正拉载荷，以达到提高接头强度的效果。而通过在铆钉的帽盖边缘设置钉扎部，有助于提高帽盖与待焊接金属板间的机械锁合作用，增强铆钉的帽盖与金属板之间的结合力。
[0013]进一步地，所述钉扎部总体高度与第二金属板厚度的比值为1/10至4/5，优选地为
3/5至4/5，既保证钉扎部的与第二金属板之间能产生足够的机械嵌合强度，也避免了钉扎部刺穿第二金属板，避免其削弱第二金属板。
[0014]优选地，所述帽盖的电阻率大于所述轴部，以使大部分焊接电流经所述轴部流过。帽盖的电阻率可以通过在表面涂覆提高电阻的涂层或在加工过程中对帽盖施加更大的机械变形来实现。
[0015]进一步地，所述帽盖由所述顶壁到所述帽盖边缘逐渐扩大呈喇叭口形。扩张的帽盖结构有助于帽盖在焊接过程中嵌入第二金属板的表面并保持结构的稳定以形成稳固的机械锁合。
[0016]进一步地，所述帽盖内表面与所述轴部外表面围成的空间与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异种金属接头点焊方法，提供焊接铆钉以进行第一金属板和第二金属板的叠焊，所述焊接铆钉与所述第一金属板的熔点高于1200℃，所述第二金属板的熔点低于800℃，所述焊接铆钉包括顶壁、设置在所述顶壁中心的轴部和环绕所述顶壁设置的帽盖，将所述第一金属板、第二金属板、焊接铆钉以层叠状布置，使所述第二金属板置于所述第一金属板和焊接铆钉之间，其特征在于：所述焊接铆钉的轴部处于所述帽盖环绕形成的半开放空间内部，以所述轴部所在位置为焊点的中心进行电阻焊连接，焊接过程包括预热过程和焊接过程，其中，在所述预热过程中，对所述焊点施加预热压力和预热电流，使部分所述第二金属板软化，所述帽盖边缘至少部分嵌入所述第二金属板中产生机械锁合；在所述焊接过程中，对所述焊点施加焊接压力和焊接电流，所述轴部穿过第二金属板使熔化的第二金属板排出并与所述第一金属板直接焊接在一起。2.根据权利要求1所述的异种金属接头点焊方法，其特征在于，所述预热电流的持续时间T和电流强度I满足：30ms≤T≤350ms；当t≤1mm时，2kA≤I≤7kA；当1mm＜t≤2.5mm时，3kA≤I≤10kA；当t＞2.5mm时，5kA≤I≤12kA；其中t为第二金属板厚度。3.根据权利要求1或2所述的异种金属接头点焊方法，其特征在于，所述焊接过程包括飞溅阶段和熔接阶段，所述飞溅阶段对焊点施加飞溅电流，使所述第二金属板熔化并以飞溅的形式脱离所述轴部与所述第一金属板之间的区域，并容纳在所述帽盖之内；在所述熔接阶段，对所述焊点施加熔接电流，所述轴部与所述第一金属板接触区域熔化并形成焊接熔核。4.根据权利要求1或2所述的异种金属接头点焊方法，其特征在于，所述焊接铆钉的所述顶壁到轴部末端距离与所述顶壁到所述帽盖边缘距离的比值为0.5
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0.75，在所述预热步骤中使所述帽盖部分嵌入所述第二金属板中直至所述轴部末端与所述第二金属板表面相抵接。5.根据权利要求4所述的异种金属接头点焊方法，其特征在于，所述轴部长度与所述第二金属板厚度之比为0.5至1.5。6.根据权利要求1或2所述的异种金属接头点焊方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨上陆，李铭锋，王艳俊，
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：