[发明专利]复合脉冲点焊工艺及系统

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域的焊接工艺，具体涉及的是一种复合脉冲点焊工艺及其焊接系统。

背景技术

传统的电阻点焊工艺因其冶金过程简单，易于实现机械化和自动化，在工业生产，尤其在汽车制造领域得到了广泛的应用。但是，随着对焊接工艺和焊接质量要求的不断提高，如何通过设计电阻点焊电流工艺参数，来改善焊区组织，从而提升焊接性能，成为电阻点焊技术研究的重要任务。

F.Hayat在“The effects of the welding current on heat input，nugget geometry，and the mechanical and fractural properties of resistance spot welding on Mg/Al dissimilar materials(镁/铝异种材料电阻点焊在热输入、焊块形状以及机械和破坏特性方面焊接电流的效果)”，Materials and Design 32(2011)2476-2484(《材料和设计》2011年第32卷2476-2484页)，以及P.Marash等在“Microstructure and failure behavior of dissimilar resistance spot welds between low carbon galvanized and austenitic stainless steels(低碳镀锌钢与奥氏体不锈钢间异种材料电阻点焊的微结构和失效行为)”，Materials Science and Engineering A 480(2008)175-180(《材料科学和工程》2008年A480卷175-180页)中，通过破坏性试验，得到改变电流参数情况下，焊接区域几何尺寸，化学成分等宏观因素与强度硬度等机械性能的关系。他们还进行失效机制分析和组织结构表征，表明裂纹，熔合区等缺陷及缺陷密集区域对焊接机械性能起到很大负面作用。

赵熹华等在“点焊熔核‘柱状+等轴’组织形成机理分析”，《金属科学与工艺》1989年12月，第八卷，第3、4期中，分析了焊接过程中，尤其是熔核凝固过程中的组织形貌变化，从结晶机制角度讨论了焊后组织中粗大柱状晶，枝晶与等轴细晶的形成过程。其中，粗大等轴晶体间由于冷却速度过快导致的缩松缺陷严重影响点焊的强度和韧性。

为了获得更好的焊接质量，许多学者对点焊电脉冲的工艺设计进行了研究。中国实用新型87212994.2号记载了一种“点焊机二次脉冲控制系统”，通过逐点焊接与逐点回火的配合，改善焊点区域的组织，降低由于快速冷却而造成的脆性，加之易于系统化，效率高，相比于不回火或整体回火有很大的优势。徐国成等在“弹簧钢电阻点焊接头随机回火热处理过程”，《焊接学报》2010年2月第31卷第2期中，进一步研究了弹簧钢单脉冲回火处理与多脉冲回火处理的回火温度和点焊温度场分布，得到了多脉冲回火处理能获得更好点焊质量的结论。张正林在吉林大学硕士学位论文“超高强度钢的中频点焊性能研究”中，对超高强度钢的中频点焊工艺做了较为系统的研究。

何树先在“铝合金的熔体温度处理和电脉冲处理研究”，《2002年上海交通大学博士学位论文》中，对亚共晶铝合金A356低温熔体施加电容储能放电脉冲，并观察了凝固组织，得到了如下结论：1.电脉冲的施加能显著细化亚共晶A356铝合金的凝固组织，而且680℃熔体的凝固组织由未施加电脉冲时的树枝晶转变为施加电脉冲以后的非树枝晶；2.电容的充电电压高，充电电容大，放电次数多将有助于细化A356的凝固组织；3.电脉冲施加的阶段对凝固组织细化有影响，在凝固开始阶段放电比在凝固后期放电有更加明显的细化效果。何树先还从磁致收缩效应，冲击波作用等方面分析了电容储能放电脉冲的作用机制。更有趣的是，他还通过铝箔的磁致收缩模拟了脉冲电磁力的作用效果。

这些学者的研究从微观机制角度分析了传统点焊工艺的不足，并在工艺改进上进行了探索，为获得更好的点焊机械性能提供理论及实验基础。

但是，电阻点焊回火脉冲仍限于工频周波脉冲，没有尝试将电容储能放电产生的高电流密度峰值，短放电时间的电流脉冲作为回火脉冲。并且从硬件角度来说，现有技术做到交流焊机的电流峰值大幅升高需要整个交流脉冲电焊系统提升，代价很大，稳定性也难以保证。而关于熔体电容储能放电脉冲处理的研究仍限于铸造领域，他们在铸造实验中将金属加热至熔化的方法也不是电阻点焊中的电阻热。更没有对电阻点焊中进行电容储能放电脉冲回火的操作性进行研究。