本發(fā)明涉及一種焊接裝置，特別涉及一種用于鋁-鋼異種板材焊接的電阻點(diǎn)焊裝置及焊接方法，用于解決鋁-鋼異種板材電阻點(diǎn)焊焊接存在焊接質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低和操作不安全等問題，特別有效解決焊接接頭翹曲變形問題。

背景技術(shù)：

為了降低能源消耗、減少汽車尾氣排放，汽車輕量化是未來必然的發(fā)展趨勢(shì)。鋁-鋼混合材料車身是目前車身輕量化的主要發(fā)展方向之一。點(diǎn)焊是目前車身制造最重要的連接方法。然而，鋁-鋼異種板材點(diǎn)焊面臨很多挑戰(zhàn)，存在焊接界面脆性金屬間化合物、鋁板翹曲變形大等問題。鋁板的翹曲變形是由于點(diǎn)焊加熱時(shí)，焊接區(qū)局部溫度快速上升，鋁板發(fā)生軟化，電極頭壓入鋁板引起較大的塑性變形而導(dǎo)致。焊接變形的控制途徑有焊前剛性固定法、焊后熱處理和隨焊激冷等方法。

剛性固定法是采用強(qiáng)制手段，例如壓鐵法，來控制焊接變形；車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲面結(jié)構(gòu)眾多難以實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)周圍的剛性固定。

中國(guó)專利申請(qǐng)cn104148863a，公開了一種防焊接變形夾具,包括支撐平臺(tái)和安裝在支撐平臺(tái)上且與支撐平臺(tái)組成移動(dòng)副的定位平臺(tái)，定位平臺(tái)包括快速夾鉗；焊后熱處理可以消除殘余應(yīng)力，防止薄板的回彈，但車身整體結(jié)構(gòu)龐大，難以進(jìn)行焊后熱處理，同時(shí)車身制造要求很高的生產(chǎn)節(jié)拍，焊后熱處理會(huì)嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率。

中國(guó)專利申請(qǐng)cn103205557a，公開了一種不銹鋼工件焊后熱處理工藝,其按以下步驟進(jìn)行的：裝爐→加熱→保溫→冷卻→卸裝→熱處理記錄→檢驗(yàn)，隨焊激冷法通過調(diào)整焊接溫度場(chǎng)，控制焊縫和近縫區(qū)塑性應(yīng)變的發(fā)展，進(jìn)而達(dá)到控制焊接變形的目的。但隨焊激冷法需要使用大量冷卻介質(zhì)，例如水等，這些冷卻介質(zhì)在焊接現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)引發(fā)生產(chǎn)事故，因此不適合在車身生產(chǎn)線使用。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朿n201210422537.8，公開了一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法,該方法通過在焊接過程中使用液氮進(jìn)行隨焊激冷，并用氬氣進(jìn)行保護(hù)。

現(xiàn)有焊接裝置難以解決鋁-鋼異種板材電阻點(diǎn)焊焊接存在焊接質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低和操作不安全等問題，因此很有必要開發(fā)針對(duì)鋁鋼點(diǎn)焊時(shí)鋁板翹曲變形的焊接變形控制方法或電阻點(diǎn)焊裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于鋁-鋼異種板材焊接的電阻點(diǎn)焊裝置及焊接方法，主要解決現(xiàn)有鋁-鋼異種板材電阻點(diǎn)焊存在的鋁板翹曲變形、焊接質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低和操作不安全的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于鋁-鋼異種板材焊接的電阻點(diǎn)焊裝置，包括中心銅電極、絕緣環(huán)、鋼套、下部銅電極和絕緣銷，其特征是：鋼套與中心銅電極同軸，鋼套的內(nèi)壁和中心銅電極之間設(shè)有與絕緣環(huán)厚度相匹配的間隙，中心銅電極外側(cè)鑲套絕緣環(huán)，鋼套和絕緣環(huán)上設(shè)有相匹配的定位通孔，中心銅電極上設(shè)有和鋼套、絕緣環(huán)上定位通孔相匹配的定位盲孔，鋼套、絕緣環(huán)和中心銅電極通過絕緣銷固定連接成整體構(gòu)成復(fù)合電極，絕緣銷依次穿過鋼套、絕緣環(huán)上的定位通孔固定在中心銅電極上的盲孔內(nèi)，下部銅電極和中心銅電極同軸，復(fù)合電極和下部銅電極周邊外置有冷卻噴嘴。

電阻點(diǎn)焊裝置的中心銅電極與電阻點(diǎn)焊機(jī)的上底座固定連接，電阻點(diǎn)焊裝置的下部銅電極與電阻點(diǎn)焊機(jī)的下底座固定連接。

焊接作業(yè)時(shí)，低溫液態(tài)co2或n2通過冷卻噴嘴噴出，給復(fù)合電極、下部銅電極、焊件的焊接熱影響區(qū)快速冷卻，為進(jìn)一步抑制鋁板的翹曲變形，優(yōu)選控制復(fù)合電極和下部銅電極溫度≤100℃。

進(jìn)一步，電阻點(diǎn)焊裝置的鋼套底部用高溫硬釬料釬焊3-6只硬質(zhì)耐磨鋼球，硬質(zhì)耐磨鋼球組成的底部平面高于中心銅電極的下表面0.1～0.5mm；電阻點(diǎn)焊的過程中，固定在鋼套上的硬質(zhì)耐磨鋼球以中心銅電極的軸線為軸旋轉(zhuǎn)，鋼球擠壓焊點(diǎn)周圍的鋁板的熱影響區(qū)，從而抑制鋁板的翹曲變形；硬質(zhì)耐磨鋼球組成的底部平面高于中心銅電極的下表面0.1～0.5mm能夠減少?gòu)?fù)合電極旋轉(zhuǎn)阻力，同時(shí)控制鋁板翹曲變形量≤0.5mm。

中心銅電極、下部銅電極的作用是傳導(dǎo)焊接電流，中心銅電極和下部銅電極均采用耐高溫、耐磨彌散強(qiáng)化銅合金制作，優(yōu)選采用耐高溫、耐磨彌散zr/al2o3強(qiáng)化銅合金制作，中心銅電極、下部銅電極與焊件接觸的端部均為圓錐臺(tái)端面或者均為球面。

絕緣環(huán)的作用是避免焊接電流傳導(dǎo)至耐磨鋼球，絕緣環(huán)壁厚為0.5～1mm，用聚四氟乙烯或其他絕緣材料制作，絕緣材料在250℃下能正常工作。

絕緣銷的作用是把絕緣環(huán)和鋼套固定在中心銅電極上并保持絕緣，絕緣銷的直徑為3～6mm，用聚四氟乙烯或其他絕緣材料整體制作，也可以用鋼芯外包裹厚度1～1.5mm聚四氟乙烯絕緣層，絕緣材料在250℃下能正常工作。

利用上述電阻點(diǎn)焊裝置對(duì)鋁-鋼異種材料進(jìn)行焊接的方法，包括以下步驟：

1)將待焊鋼板水平固定在電阻點(diǎn)焊機(jī)的焊接工作臺(tái)上，將待焊鋁板平置在待焊鋼板的上表面并固定，使待焊鋁板和待焊鋼板充分接觸；

2)操控復(fù)合電極從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)直至與待焊鋁板上表面接觸；同時(shí)，操控下部銅電極從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位向上移動(dòng)直至與待焊鋼板下表面接觸；當(dāng)待焊鋼板下表面與下部銅電極接觸后，操控復(fù)合電極轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)向待焊鋁板施加壓力至設(shè)定壓力值；

3)當(dāng)復(fù)合電極與待焊鋁板間壓力達(dá)設(shè)定壓力值時(shí)，操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板施加的壓力為設(shè)定壓力值并保持復(fù)合電極轉(zhuǎn)動(dòng)，操控冷卻噴嘴噴射液態(tài)co2或n2至復(fù)合電極、下部銅電極和焊件的焊接熱影響區(qū)；

4)接通焊接電流按設(shè)定時(shí)間對(duì)待焊鋁板和對(duì)待焊鋼板進(jìn)行焊接，焊接過程中操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板施加的壓力為設(shè)定壓力值并保持復(fù)合電極轉(zhuǎn)動(dòng)；

5)斷開焊接電流，操控復(fù)合電極在焊接區(qū)域保持對(duì)鋁板施加的壓力為設(shè)定壓力值并保持復(fù)合電極轉(zhuǎn)動(dòng)0.1-1秒后卸壓；

6)操控復(fù)合電極和下部銅電極復(fù)位至電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位，關(guān)閉冷卻噴嘴，完成一個(gè)焊接工序。

本發(fā)明所述鋁板為含有微合金的鋁合金板。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下積極效果：1、本方法簡(jiǎn)單易行，電極不需要內(nèi)置水冷介質(zhì)，避免漏水風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)簡(jiǎn)化了復(fù)合電極的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。2、本方法不需要進(jìn)行焊后熱處理，生產(chǎn)效率高；3、旋轉(zhuǎn)碾壓的耐磨鋼球可以伴隨焊接過程實(shí)時(shí)抑制鋁合金板發(fā)生翹曲變形；噴射液態(tài)co2或n2可以進(jìn)一步抑制焊接熱影響區(qū)變形；耐磨鋼球的旋轉(zhuǎn)碾壓可以在焊點(diǎn)周圍形成殘余壓應(yīng)力區(qū)進(jìn)而提高焊點(diǎn)的疲勞壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電阻點(diǎn)焊裝置焊接工礦的示意圖。

圖2是本發(fā)明電阻點(diǎn)焊裝置的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的局部軸向剖面示意圖。

圖3是本發(fā)明電阻點(diǎn)焊裝置的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的仰視圖。

圖中標(biāo)記說明：1-中心銅電極，2-絕緣環(huán)，3-鋼套，4-硬質(zhì)耐磨鋼球，5-下部銅電極，6-絕緣銷，7-待焊鋁板，8-待焊鋼板，9-冷卻噴嘴。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

參照附圖1、2、3，一種用于鋁-鋼異種板材焊接的電阻點(diǎn)焊裝置，包括中心銅電極1、絕緣環(huán)2、鋼套3、下部銅電極5和絕緣銷6，其特征是：鋼套3與中心銅電極1同軸，鋼套3的內(nèi)壁和中心銅電極1之間設(shè)有與絕緣環(huán)2厚度相匹配的間隙，中心銅電極1外側(cè)鑲套絕緣環(huán)2，鋼套3和絕緣環(huán)2上設(shè)有相匹配的定位通孔，中心銅電極1上設(shè)有和鋼套3、絕緣環(huán) 2上定位通孔相匹配的定位盲孔，鋼套3、絕緣環(huán)2和中心銅電極1通過絕緣銷6固定連接成整體構(gòu)成復(fù)合電極，絕緣銷6依次穿過鋼套3、絕緣環(huán)2上的定位通孔固定在中心銅電極1上的盲孔內(nèi)，下部銅電極5和中心銅電極1同軸，復(fù)合電極和下部銅電極5周邊外置有冷卻噴嘴9。

電阻點(diǎn)焊裝置的中心銅電極1與電阻點(diǎn)焊機(jī)的上底座固定連接，電阻點(diǎn)焊裝置的下部銅電極5與電阻點(diǎn)焊機(jī)的下底座固定連接。

焊接作業(yè)時(shí)，低溫液態(tài)n2通過冷卻噴嘴9噴出，給復(fù)合電極、下部銅電極5、焊件的焊接熱影響區(qū)快速冷卻，控制復(fù)合電極和下部銅電極5溫度≤100℃。

中心銅電極1、下部銅電極5均采用耐高溫、耐磨彌散zr/al2o3(鋯/三氧化二鋁)強(qiáng)化銅合金制作，中心銅電極1和下部銅電極5與焊件接觸的端部均為圓錐臺(tái)端面。

鋼套3底部用高溫硬釬料釬焊6只硬質(zhì)耐磨鋼球4，硬質(zhì)耐磨鋼球4組成的底部平面高于中心銅電極的下表面0.1-0.5mm；

絕緣環(huán)2的壁厚為0.5-1mm，用聚四氟乙烯制作。

絕緣銷6的直徑為3-6mm，用聚四氟乙烯整體制作。

實(shí)施例1，參照附圖1、2、3，待焊鋁板7、待焊鋼板8的板厚均為1mm；電阻點(diǎn)焊裝置的中心銅電極1直徑為16mm，絕緣環(huán)2壁厚為0.5mm，鋼套3的壁厚為6mm，硬質(zhì)耐磨鋼球4的球徑為5mm，下部銅電極5的直徑為16mm,硬質(zhì)耐磨鋼球4組成的底部平面高于中心銅電極的下表面0.3mm。

利用上述電阻點(diǎn)焊裝置對(duì)鋁-鋼異種材料進(jìn)行焊接的方法，包括以下步驟：

1)將待焊鋼板8水平固定在電阻點(diǎn)焊機(jī)的焊接工作臺(tái)上，將待焊鋁板7平置在待焊鋼板8的上表面并固定，使待焊鋁板7和待焊鋼板8充分接觸；

2)操控復(fù)合電極從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位以180rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)直至與待焊鋁板7上表面接觸，復(fù)合電極向下運(yùn)動(dòng)的速度為10mm/s；同時(shí)，操控下部銅電極5從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位向上移動(dòng)直至與待焊鋼板8下表面接觸；當(dāng)待焊鋼板8下表面與下部銅電極5接觸后，操控復(fù)合電極以180rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)向待焊鋁板7施加壓力至2kn；

3)當(dāng)復(fù)合電極與待焊鋁板7間壓力達(dá)2kn時(shí)，操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板7施加的壓力為2kn并保持復(fù)合電極以180rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，操控冷卻噴嘴噴射液態(tài)n2至復(fù)合電極、下部銅電極5和焊件的焊接熱影響區(qū)；

4)用5ka焊接電流對(duì)待焊鋁板7和對(duì)待焊鋼板8進(jìn)行焊接0.3s，焊接過程中操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板7施加的壓力為2kn并保持復(fù)合電極以180rpm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；

5)斷開焊接電流，操控復(fù)合電極在焊接區(qū)域保持對(duì)鋁板施加的壓力為2kn并保持復(fù) 合電極以180rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)0.3s后卸壓；

6)操控復(fù)合電極和下部銅電極5復(fù)位至電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位，關(guān)閉冷卻噴嘴9，完成一個(gè)焊接工序。

實(shí)施例2，參照附圖1、2、3，待焊鋁板7、待焊鋼板8的板厚均為1.5mm；電阻點(diǎn)焊裝置的中心銅電極1直徑為16mm絕緣環(huán)2壁厚為0.8mm，鋼套3的壁厚為8mm，硬質(zhì)耐磨鋼球4的球徑為6mm，下部銅電極5的直徑為16mm,硬質(zhì)耐磨鋼球4組成的底部平面高于中心銅電極的下表面0.5mm。

利用上述電阻點(diǎn)焊裝置對(duì)鋁-鋼異種材料進(jìn)行焊接的方法，包括以下步驟：

1)將待焊鋼板8水平固定在電阻點(diǎn)焊機(jī)的焊接工作臺(tái)上，將待焊鋁板7平置在待焊鋼板8的上表面并固定，使待焊鋁板7和待焊鋼板8充分接觸；

2)操控復(fù)合電極從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位以240rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)直至與待焊鋁板7上表面接觸，復(fù)合電極向下運(yùn)動(dòng)的速度為10mm/s；同時(shí)，操控下部銅電極5從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位向上移動(dòng)直至與待焊鋼板8下表面接觸；當(dāng)待焊鋼板8下表面與下部銅電極5接觸后，操控復(fù)合電極以240rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)向待焊鋁板7施加壓力至2.5kn；

3)當(dāng)復(fù)合電極與待焊鋁板7間壓力達(dá)2.5kn時(shí)，操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板7施加的壓力為2.5kn并保持復(fù)合電極以240rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，操控冷卻噴嘴噴射液態(tài)n2至復(fù)合電極、下部銅電極5和焊件的焊接熱影響區(qū)；

4)用7.5ka焊接電流對(duì)待焊鋁板7和對(duì)待焊鋼板8進(jìn)行焊接0.5s，焊接過程中操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板7施加的壓力為2.5kn并保持復(fù)合電極以240rpm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；

5)斷開焊接電流，操控復(fù)合電極在焊接區(qū)域保持對(duì)鋁板施加的壓力為2.5kn并保持復(fù)合電極以240rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)0.8s后卸壓；

6)操控復(fù)合電極和下部銅電極5復(fù)位至電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位，關(guān)閉冷卻噴嘴9，完成一個(gè)焊接工序。

實(shí)施例3，參照附圖1、2、3，待焊鋁板7、待焊鋼板8的板厚均為2mm；電阻點(diǎn)焊裝置的中心銅電極1直徑為16mm絕緣環(huán)2壁厚為1mm，鋼套3的壁厚為10mm，硬質(zhì)耐磨鋼球4的球徑為8mm，下部銅電極5的直徑為16mm,硬質(zhì)耐磨鋼球4組成的底部平面高于中心銅電極的下表面0.5mm。

利用上述電阻點(diǎn)焊裝置對(duì)鋁-鋼異種材料進(jìn)行焊接的方法，包括以下步驟：

1)將待焊鋼板8水平固定在電阻點(diǎn)焊機(jī)的焊接工作臺(tái)上，將待焊鋁板7平置在待焊鋼板8的上表面并固定，使待焊鋁板7和待焊鋼板8充分接觸；

2)操控復(fù)合電極從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位以300rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)直至與待焊鋁 板7上表面接觸，復(fù)合電極向下運(yùn)動(dòng)的速度為10mm/s；同時(shí)，操控下部銅電極5從電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位向上移動(dòng)直至與待焊鋼板8下表面接觸；當(dāng)待焊鋼板8下表面與下部銅電極5接觸后，操控復(fù)合電極以300rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng)向待焊鋁板7施加壓力至3.5kn；

3)當(dāng)復(fù)合電極與待焊鋁板7間壓力達(dá)3.5kn時(shí)，操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板7施加的壓力為3.5kn并保持復(fù)合電極以300rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，操控冷卻噴嘴噴射液態(tài)n2至復(fù)合電極、下部銅電極5和焊件的焊接熱影響區(qū)；

4)用9.5ka焊接電流對(duì)待焊鋁板7和對(duì)待焊鋼板8進(jìn)行焊接0.5s，焊接過程中操控復(fù)合電極保持對(duì)待焊鋁板7施加的壓力為3.5kn并保持復(fù)合電極以300rpm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；

5)斷開焊接電流，操控復(fù)合電極在焊接區(qū)域保持對(duì)鋁板施加的壓力為3.5kn并保持復(fù)合電極以300rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)1s后卸壓；

6)操控復(fù)合電極和下部銅電極5復(fù)位至電阻點(diǎn)焊機(jī)的初始工位，關(guān)閉冷卻噴嘴9，完成一個(gè)焊接工序。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。