[发明专利]一种超声波-电阻复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接制造技术领域，具体地说是一种超声波-电阻复合焊接方法。

背景技术

目前，电阻点焊是航空、航天、汽车制造业应用最广泛的焊接方法之一，然而针对高强钢、铝合金、镁合金、钛合金等轻量化材料，电阻点焊的质量是限制其应用的瓶颈之一。以汽车制造为例，为了保证汽车的可靠性其实际焊数目高出设计30％，优质高效的电阻点焊技术可以节约大量的生产成本，因此电阻焊技术和设备的更新换代具有重要的实际应用意义。

铝合金是重要的轻量化材料之一，然而铝合金易产生氧化膜、熔点低、屈服强度低、导电导热性能良好，电阻焊中常伴有微型空洞、裂纹等不连续缺陷和压痕过深等现象，给电阻焊带来了很大的困难。目前国际上已经提出了一系列提高铝合金电阻焊质量的方法，诸如表面镀层法、熔核孕育处理法、线性回归预测法、随机多脉冲回火热处理法等工艺，可以在一定程度上提高铝合金电阻焊的焊接质量。然而，由于铝合金自身的特性，其电阻焊焊接规范窗口窄，工业应用受到了相应的限制。

超声波加工是利用高频机械振动能量对材料进行加工的一种方法，在铸造过程中其引入可以细化材料晶粒、减小气孔，在钎焊过程中加入超声波可以增加表面润湿，利于钎料铺展并且消除氧化膜。如果将超声波与电阻点焊相结合则可以有效的提高铝合金电阻点焊的质量。目前已经有将超声波引入电阻点焊的报道：申请号为201310714348.2的中国专利，薄金属片结构电阻/超声波复合点焊方法，该方法将需要焊接的两个薄金属片置于底座上，其中一个薄金属片绝缘侧向下紧贴底座，采用单侧并排双压头于另一个无绝缘材料包裹的薄金属片之上施加压力，双压头之间通入电流产生电阻热，同时利用超声波使工件接触面摩擦产热，最终形成焊接。然而，此方法焊接应用范围有限，仅适用于点焊，并且焊接板材厚度仅为0.05-0.3mm的薄板，同时需要绝缘材料辅助金属片焊接。

发明内容

根据上述提出的轻质材料电阻点焊焊接存在质量方面的技术问题，而提供一种超声波-电阻复合焊接方法。本发明主要通过电阻焊与超声波焊共用电极焊头对待焊工件施压，利用超声波产生的高频振动增加待焊工件之间的接触，减小压痕，减少焊接缺陷等，从而提高焊接接头的力学性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种超声波-电阻复合焊接方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、预压阶段：将待焊工件的焊接接触面保持接触，上电极焊头和下电极焊头分别置于所述待焊工件两侧且保持所述上电极焊头和所述下电极焊头同轴，以保证焊接过程所要求的接触电阻，所述上电极焊头和所述下电极焊头均为电阻焊和超声波焊共用的电极焊头；

S2、焊接阶段：在所述上电极焊头和所述下电极焊头之间接通电流，同时所述上电极焊头和所述下电极焊头在待焊工件表面施加超声波，利用电流通过待焊工件接触面产生的电阻热和超声波产生的振动、摩擦热，加热待焊工件使其达到熔化状态，形成熔核；

S3、冷却结晶阶段：随着通电时间延长，待焊工件中熔核长大到预设尺寸后，继续保持所述上电极焊头和所述下电极焊头的压力，停止电阻焊电流和超声波，直至液态金属冷却形成焊点/焊缝；或者仅切断电阻焊电流，待超声波继续作用到预设时间，直至液态金属冷却形成焊点/焊缝。

进一步地，所述待焊工件可选择板材厚度为0-5mm的钢材、铝合金、镁铝合金、钛合金和铝合金。但不局限于上述金属板材。

进一步地，与所述上电极焊头和所述下电极焊头连接的电阻点焊设备为电阻电焊机或电阻滚焊机，所述电阻点焊设备的焊接电流为直流、直流脉冲或交流。

进一步地，所述超声波方向可为垂直电极焊头或平行电极焊头；所述超声波加载在所述上电极焊头、所述下电极焊头，或所述上电极焊头和所述下电极焊头均加载。

进一步地，所述电极焊头的压力大小为0-4kN，焊接电流为0-30kA，电阻焊维持时间为0-5s，电阻焊后压力及超声波维持时间0-10s，超声波频率15-80kHz，振幅5-50μm。

本发明利用电阻焊和超声波焊的共同点-即焊接时均需要利用电极焊头对上下搭接的工件施加压力的特点，采用电阻焊和超声波焊共用电极焊头，从而实现焊接质量的提高，较现有技术相比，本发明的区别点如下：

1)现有技术中仅能实现点焊，本发明既可以采用电阻点焊，也可以采用电阻滚焊技术形成焊缝；