[发明专利]一种用于铝钢异种金属焊接的电阻点焊电极

说明书

一种用于铝钢异种金属焊接的电阻点焊电极，其特征在于与钢接触的第一电极具有环形凹槽，所述的环形凹槽将第一电极焊接面分为内焊接面和外焊接面，所述的内焊接面高度大于外焊接面；与铝相接触的第二电极中心设有凹弧面，在所述的凹弧面外围至少设有一个凸起圆环结构。焊接时第一电极的内焊接面使钢产生大变形而凸起嵌入到铝工件内形成凹凸界面结构；所述的外焊接面与钢接触后使部分电流集中到外焊接面而扩大焊点面积。所述的第二电极凹弧面外围的凸起圆环结构将焊接电流向外围吸引而使电阻热在铝工件中分布更加均匀，避免铝熔核过度生长到铝工件表面上。采用本发明电极焊接铝钢异种金属能有效地提升电阻点焊接头强度和铝电极的使用寿命。

技术领域

本发明属于材料焊接技术领域，具体涉及一种用于铝钢异种金属焊接的电阻点焊电极。

背景技术

汽车车身减重能有效提升燃油效率和较少有害气体排放，由于铝合金材料具有质量轻，比强度高和耐腐蚀等优点，目前在汽车工业中逐渐加入更多的铝合金进行车身制造，从而较少钢材料的使用实现车身减重的目标。因此铝钢混合车身是当前及未来的发展的潮流。在铝钢混合车身制造中铝合金和钢异种金属之间的连接是不可避免的。目前铝钢异种金属连接主要是靠机械连接实现的，包括自冲铆接和流钻螺钉等。但是机械连接有其局限性，一方面机械连接的铆钉等增加了构件的重量，不同规格的铆钉需要不同的铆模和设备，也增加了设备投入成本；另一方面铆接也有其局限性，比如钉子容易墩粗或不能有效展开形成牢靠的机械连接。

电阻点焊由于其焊接效率和自动化程度高、质量可靠且成本低，是汽车材料连接的主要方法之一，通常一辆汽车上会有3000-5000个电阻点焊焊点。因此，如果能采用电阻点焊技术实现铝钢异种金属焊接，这将具有重大的经济效益。然而采用传统的电阻点焊工艺进行铝钢异种金属连接时面临巨大的挑战，例如形成气孔、飞溅以及焊缝中及易形成脆性金属间化合物，这极大地减低了焊缝强度。电阻点焊焊接铝钢异种金属时，由于两种金属差异巨大的熔点，焊接时通常是铝工件局部熔化形成液态铝润湿铺展到尚处在固体的钢工件表面，通常焊接接头的连接界面比较平直，同时界面中存在厚度不均匀的脆性Fe-Al系金属间化合物层，在焊点受载时，裂纹容易沿着平整的界面上的化合物快速扩展而失效，导致接头连接性能极差。

发明内容

本发明技术解决问题：为了克服现有铝钢异种金属焊接工艺的不足，提供了一种用于铝钢异种金属焊接的电阻点焊电极，通过独特的焊接面结构改变焊接电流分布和焊点结构及熔核形状，从而达到提升接头的力学性能。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种用于铝钢异种金属焊接的电阻点焊电极，其特点在于：

提供相互堆叠贴合的至少两层工件，所述的相互堆叠工件包括钢工件和铝工件，其中钢工件为第一侧工件，铝工件作为第二侧工件，所述的第一侧工件和第二侧工件相互紧贴合。

将第一电极与相互堆叠工件的第一侧工件相接触，所述的第一电极焊接面特征在于设置有环形凹槽，所述的环形凹槽将第一电极焊接面分为内焊接面和外焊接面，所述的内焊接面高度大于外焊接面，所述的环形凹槽底部低于外焊接面。所述的第一电极内焊接面与外焊接面高度差为0.05～1.2mm，所述的环形凹槽与外焊接面的高度差为0.1～1.5mm。

将第二电极与相互堆叠工件的第二侧工件相接触，所述的第二电极焊接面中心为凹弧面，沿所述的凹弧面的外围设有至少一个凸起圆环。所述的第二电极焊的凸起圆环结构直径大于所述的第一电极内焊接面，凸起圆环结构的高度为0.1～0.8mm；所述的凹弧面的最大深度为0.05～1.0mm，所述的凹弧面不大于所述的凸起圆环结构。

焊接前，第一电极与相互堆叠的工件中的第一侧工件表面紧靠，由于第一电极内焊接面高于外焊接面，此时第一电极仅有所述内焊接面工件表面；所述的第二电极外围的凸起圆环结构首先接触到第二侧工件表面。而且，第一电极与第二电极面面对准，将相互堆叠的工件夹紧。