一种铝合金型材的焊接方法与流程

1.本发明涉及型材焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金型材的焊接方法。


背景技术：

2.铝合金具有高导电性和散热性，对铝合金板材进行点焊时，形成的通电路径过大，热量难以集中，只能以极大的电流和较短的时间，快速通电焊接才能形成合格的焊接。
3.如图1-3所示，现有技术中对铝合金板材焊接的方法为，将两块铝合金板材1
′
叠放，将两个电极帽2
′
布置在两块铝合金板材1
′
的上下两侧，然后施加压力或夹紧力f保持不变。两个电极帽2
′
导通较大的电流开始焊接，通电路径3
′
由电极帽2
′
的末端的面积决定。铝合金(例如，铜铝)在高温下会发生共晶反应，生成金属化合物。因此在电极帽2
′
焊接一定的点数后，其端面中间会覆盖一层化合物层21
′
(例如，铜铝化合物层)，还会失去弧度，变得平整。化合物层21
′
的电阻大，聚集在电极帽2
′
的中间会阻碍电流通过，导致焊接的中心区域的电流减小。化合物层21
′
的存在会使得电极帽2
′
的端面较之前相对平整，在点焊时压合更大的面积，因此通电路径3
′
会变大，通电路径3
′
的中心区域31
′
因化合物层21
′
的存在而导致电流密度严重不足，处于中心区域31
′
周围的周围区域32
′
也因通电路径3
′
的变大而降低了电流密度，导致焊接区域的电流密度不足、焊接热量不足，进而导致铝合金点焊的品质差，稳定性不够。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝合金型材的焊接方法，包括顶锻步骤和焊接步骤，在顶锻步骤中通小电流，施加大压力，从而在第一型材的焊接区域形成导电凸台，以在焊接步骤中强行集中电流，减少了电极帽的端面被腐蚀、磨损而造成的影响，大大提高了焊接的稳定性和可靠性，提升了焊接产品的品质。
5.本发明技术方案提供一种铝合金型材的焊接方法，包括如下步骤：
6.布置型材布置步骤：将第一型材、第二型材叠放在预定位置；电极帽布置步骤：将第一电极帽装配在所述第一型材的顶面，将第二电极帽装配在所述第二型材的底面；
7.顶锻步骤：所述第一电极帽与所述第二电极帽通电，并夹紧所述第一型材和所述第二型材；
8.通过所述第一电极帽顶压所述第一型材，使得所述第一型材被所示第一电极帽顶压的区域朝向所述第二型材侧弯曲凸起并形成有导电凸台，同时使得所述第一型材与所述第二型材强制分离形成间隙，仅有所述导电凸台与所述第二型材保持接触；
9.焊接步骤：增大通电电流，并减小夹紧力，电流通过所述导电凸台，所述第一型材与所述第二型材焊接连接。
10.在其中一项可选技术方案中，还包括塑形步骤：减小通电电流，并增大夹紧力，通过所述第一电极帽与所述第二电极帽夹紧所述第一型材与所述第二型材的焊接区域，完成焊接区域的塑形。
11.在其中一项可选技术方案中，所述第一电极帽和所述第二电极帽的末端均为球冠体，所述导电凸台的截面呈弧形。
12.在其中一项可选技术方案中，在所述顶锻步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f1，电流为i1，持续时间为t1；
13.在所述焊接步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f2，电流为i2，持续时间为t2，其中，f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。
14.在其中一项可选技术方案中，在所述顶锻步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f1，电流为i1，持续时间为t1；
15.在所述焊接步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f2，电流为i2，持续时间为t2，其中，f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。
16.在所述塑形步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f3，电流为i3，持续时间为t3，其中，f3＞f2，i3＜i2。
17.在其中一项可选技术方案中，f3＝f1，i3＝i1，t3＝t1。
18.在其中一项可选技术方案中，所述第一型材的厚度在0.8～4mm之间；
19.f1的取值范围为3～12kn，i1的取值范围为20～50ka，t1的取值范围为60～100ms。
20.在其中一项可选技术方案中，f2的取值范围为2～9kn，i2的取值范围为25～55ka，t2的取值范围为100～160ms。
21.在其中一项可选技术方案中，所述第一电极帽与所述第二电极帽采用点焊焊接。
22.在其中一项可选技术方案中，在所述电极帽布置步骤中，所述第二电极帽与所述第一电极帽同轴布置。
23.采用上述技术方案，具有如下有益效果：
24.本发明提供的铝合金型材的焊接方法，包括顶锻步骤和焊接步骤；在顶锻步骤中通小电流，施加大压力，从而在第一型材的焊接区域形成导电凸台，同时使得第一型材与第二型材强制分离，仅有导电凸台与第二型材接触；在焊接步骤中，通大电流增加电流密度，施加小压力避免磨损电极头、过度挤压导电凸台，保持仅通过导电凸台导电，导电凸台所限制形成的第二通电路径的尺寸小，起到强行集中电流的作用，减少了电极帽的端面被腐蚀、磨损而造成的影响，增加了焊接区域的电流密度和焊接热量，提高了焊接的稳定性和可靠性，提升了焊接产品的品质。
附图说明
25.参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
26.图1为现有技术中焊接铝合金型材时，在两个电极帽之间形成的通电路径的示意图；
27.图2为现有技术中在电极帽的端部形成化合物层，导致通电路径的中间部分电流密度不足的示意图；
28.图3为现有技术中焊接铝合金型材时，电流曲线与压力曲线的示意图；
29.图4为本发明一实施例提供的铝合金型材的焊接方法，在顶锻阶段时，第一电极帽和第二电极帽之间形成通电路径的示意图；
30.图5为本发明一实施例提供的铝合金型材的焊接方法，在顶锻阶段的过程中，第一型材形成有向下凸起的导电凸台的示意图；
31.图6为本发明一实施例提供的铝合金型材的焊接方法，在焊接阶段时，第一电极帽和第二电极帽之间形成通电路径的示意图；
32.图7为本发明一实施例提供的铝合金型材的焊接方法，在顶锻阶段、焊接阶段及塑形阶段的电流曲线与压力曲线的示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
34.如图4-7所示，本发明一实施例提供的一种铝合金型材的焊接方法，包括如下步骤：
35.布置型材布置步骤：将第一型材1、第二型材2叠放在预定位置。
36.电极帽布置步骤：将第一电极帽3装配在第一型材1的顶面，将第二电极帽4装配在第二型材2的底面。
37.顶锻步骤：第一电极帽3与第二电极帽4通电，并夹紧第一型材1和第二型材2。
38.通过第一电极帽3顶压第一型材1，使得第一型材1被所示第一电极帽3顶压的区域朝向第二型材2侧弯曲凸起并形成有导电凸台11，同时使得第一型材1与第二型材2强制分离形成间隙，仅有导电凸台11与第二型材2保持接触。
39.焊接步骤：增大通电电流，并减小夹紧力，电流通过导电凸台11，第一型材1与第二型材2焊接连接。
40.本发明提供的焊接方法，主要用于车身上的铝合金型材(板材)焊接，例如，铝铜型材。车身上的铝合金型材(板材)的厚度一般低于5mm。
41.焊接时采用现有的焊接工装及可变压力和电流的伺服焊接系统。
42.在正式焊接之前，先将型材和电极帽布置到位，具体为：
43.将第一型材1和第二型材2叠放在焊接工装的预设位置。例如，放置在焊接工装的操作平台上，操作平台的两端可布置限位板或限位块，限位板或限位块中开设有开口向上的滑槽，第一型材1和第二型材2的两端放置在滑槽中，在第一型材1形成向下导电凸台11时，第一型材1的主体部分(除了导电凸台11的区域)被导电凸台11顶起，从而与第二型材2分离形成间隙，避免接触导电分散电流密度。
44.第一型材1处于第二型材2的上方，两者贴合。
45.采用两个电极帽，电极帽属于伺服焊接系统的零部件，可通过伺服焊接系统中的电流大小调节器(例如，可变电阻)来调节电流的大小，可通过安装有两个电极帽的两个夹臂来调节夹紧力或压力。
46.在将第一型材1和第二型材2布置好之后，将第一电极帽3装配在第一型材1的顶面，第一电极帽3的末端顶着第一型材1的焊接区域的顶面。将第二电极帽4装配在第二型材2的底面，第二电极帽4的末端顶着第二型材2的焊接区域的底面。第二电极帽4处于第一电极帽3的下方，两者之间会形成一个第一通电路径5。第一通电路径5的半径/面积比第一电
极帽3/第二电极帽4与第一型材1/第二型材2相接触的半径/面积大。在第一电极帽3、第二电极帽4夹紧型材时，可同时移动夹紧第一电极帽3、第二电极帽4，也可保持第二电极帽4固定，仅向第二电极帽4侧移动第一电极帽3。
47.通电后，分为顶锻阶段和焊接阶段。顶锻阶段的目的是先通小电流，施加大压力，从而在第一型材1的焊接区域形成朝向第二型材2侧弯曲并凸起的导电凸台11，同时在导电凸台11的作用下，使得第一型材1与第二型材2强制分离，第一型材1的主体部分(除了导电凸台11的区域)被导电凸台11顶起，从而与第二型材2分离形成间隙，避免接触导电分散电流密度。此时，仅有导电凸台11与第二型材2接触。第二电极帽4与第一电极帽3的第二通电路径6由导电凸台11限制形成，第二通电路径6的半径/面积小于第一通电路径5的半径/面积，以利于在后续焊接时，增加焊接区域的电流密度，提升焊接热量。
48.在焊接阶段中，通大电流以增加电流密度，施加小压力避免磨损电极帽，还避免过度挤压导电凸台11，同时还避免将第一型材1和第二型材2压合在一起，此时仅通过导电凸台11导电，导电凸台11限制形成的第二通电路径6的尺寸小，起到强行集中电流的作用，减少了电极帽的端面被腐蚀、磨损而造成的影响，增加了焊接区域的电流密度和焊接热量，提高了焊接的稳定性和可靠性，提升了焊接产品的品质。
49.在其中一个实施例中，第一型材1的厚度≤第二型材2的厚度。第一型材1的厚度不大于第二型材2的厚度。优选，第一型材1的厚度＜第二型材2的厚度，第一型材1比第二型材2薄，从而在受热和顶压时更容易变形，从而形成导电凸台11。
50.在其中一个实施例中，如图7所示，该铝合金型材的焊接方法还包括塑形步骤：减小通电电流，并增大夹紧力，通过第一电极帽3与第二电极帽4夹紧第一型材1与第二型材2的焊接区域，完成焊接区域的塑形。
51.本实施例中，在焊接阶段完成之后，增加塑形阶段。由于铝的膨胀系数大，在焊接后段，采用小电流、大压力强制塑形，提高了焊接区域的致密性，否则焊点部位易出现缩孔等缺陷，导致强度不足。
52.在其中一个实施例中，如图4-6所示，第一电极帽3和第二电极帽4的末端均为球冠体，导电凸台11的截面呈弧形。
53.本实施例中，第一电极帽3和第二电极帽4分别包括圆柱形的主体部和连接在主体部的末端的球冠体或球冠部，球冠体或球冠部为球体的一少部分，其表面为球面的一部分，一方面可减小第一通电路径5的面积/半径，另一方面使得弯曲下凸的导电凸台11的截面大致呈弧形，底面为曲面而非平面，其与第二型材2的接触面积小，因此可减小第二通电路径6的面积/半径。
54.在其中一个实施例中，在顶锻步骤中，作用在第一型材1上的压力为f1，电流为i1，持续时间为t1。
55.在焊接步骤中，作用在第一型材1上的压力为f2，电流为i2，持续时间为t2，其中，f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。
56.本实施例中，顶锻阶段的电流i1小于焊接阶段的电流i2，而顶锻阶段的压力f1大于焊接阶段的压力f2，在顶锻阶段通小电流、施加大压力的目的是让第一型材1的焊接区域局部变形，以在第一电极帽3顶压时向下弯曲凸起。在焊接阶段通大电流、施加小压力的目的是提升电流密度和焊接热量，同时避免因压力过大而磨损电极头，避免因压力过大而将导
电凸台11压扁而增大了面积/半径，分散了电流密度，也避免因压力过大而将第一型材1和第二型材2压至接触，严重分散电流密度。焊接阶段的时间t2长于顶锻阶段的时间t1，以实现更充分的焊接。
57.在其中一个实施例中，在顶锻步骤中，作用在第一型材1上的压力为f1，电流为i1，持续时间为t1。
58.在焊接步骤中，作用在第一型材1上的压力为f2，电流为i2，持续时间为t2，其中，f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。
59.在塑形步骤中，作用在第一型材1上的压力为f3，电流为i3，持续时间为t3，其中，f3＞f2，i3＜i2。
60.本实施例中，在上述顶锻阶段和焊接阶段之后，增加了塑形阶段。塑形阶段的电流i3小于焊接阶段的电流i2，以维持一定热量，而不再进行焊接。塑形阶段的压力f3大于焊接阶段的压力f2，以更大的压力或夹紧力，以焊接区域的致密性。
61.在其中一个实施例中，f3＝f1，i3＝i1，t3＝t1。本实施例中，塑形阶段的各项参数可参考顶锻阶段的各项参数。
62.在其中一个实施例中，第一型材1的厚度在0.8～4mm之间。
63.f1的取值范围为3～12kn，i1的取值范围为20～50ka，t1的取值范围为60～100ms。
64.本实施例中，如第一型材1的厚度在0.8～4mm之间时，则f1可在3～12kn范围内取值，i1可在20～50ka范围内取值，t1可在60～100ms范围内取值。
65.在其中一个实施例中，f2的取值范围为2～9kn，i2的取值范围为25～55ka，t2的取值范围为100～160ms。
66.本实施例中，如第一型材1的厚度在0.8～4mm之间时，则f2可在2～9kn范围内取值，i2可在25～55ka范围内取值，t2可在100～160ms范围内取值。该阶段要保持f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。
67.在其中一个实施例中，第一电极帽3与第二电极帽4采用点焊焊接，减少电极帽的磨损。
68.在其中一个实施例中，在电极帽布置步骤中，第二电极帽4与第一电极帽3同轴布置，使得第二电极帽4与第一电极帽3之间通电路径垂直通过，路径最短，通电路径的面积或半径最小，第二电极帽4与第一电极帽3的夹紧力或压力集中在一起，利于提升焊接品质。
69.根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
70.以上的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种铝合金型材的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：布置型材布置步骤：将第一型材、第二型材叠放在预定位置；电极帽布置步骤：将第一电极帽装配在所述第一型材的顶面，将第二电极帽装配在所述第二型材的底面；顶锻步骤：所述第一电极帽与所述第二电极帽通电，并夹紧所述第一型材和所述第二型材；通过所述第一电极帽顶压所述第一型材，使得所述第一型材被所示第一电极帽顶压的区域朝向所述第二型材侧弯曲凸起并形成有导电凸台，同时使得所述第一型材与所述第二型材强制分离形成间隙，仅有所述导电凸台与所述第二型材保持接触；焊接步骤：增大通电电流，并减小夹紧力，电流通过所述导电凸台，所述第一型材与所述第二型材焊接连接。2.根据权利要求1所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，还包括塑形步骤：减小通电电流，并增大夹紧力，通过所述第一电极帽与所述第二电极帽夹紧所述第一型材与所述第二型材的焊接区域，完成焊接区域的塑形。3.根据权利要求1或2所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，所述第一电极帽和所述第二电极帽的末端均为球冠体，所述导电凸台的截面呈弧形。4.根据权利要求1所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，在所述顶锻步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f1，电流为i1，持续时间为t1；在所述焊接步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f2，电流为i2，持续时间为t2，其中，f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。5.根据权利要求2所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，在所述顶锻步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f1，电流为i1，持续时间为t1；在所述焊接步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f2，电流为i2，持续时间为t2，其中，f2＜f1，i2＞i1，t2＞t1。在所述塑形步骤中，作用在所述第一型材上的压力为f3，电流为i3，持续时间为t3，其中，f3＞f2，i3＜i2。6.根据权利要求5所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，f3＝f1，i3＝i1，t3＝t1。7.根据权利要求4或5所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，所述第一型材的厚度在0.8～4mm之间；f1的取值范围为3～12kn，i1的取值范围为20～50ka，t1的取值范围为60～100ms。8.根据权利要求7所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，f2的取值范围为2～9kn，i2的取值范围为25～55ka，t2的取值范围为100～160ms。9.根据权利要求1所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，所述第一电极帽与所述第二电极帽采用点焊焊接。10.根据权利要求1所述的铝合金型材的焊接方法，其特征在于，在所述电极帽布置步骤中，所述第二电极帽与所述第一电极帽同轴布置。

技术总结
本发明公开了一种铝合金型材的焊接方法，包括顶锻步骤和焊接步骤；在顶锻步骤中通小电流，施加大压力，从而在第一型材的焊接区域形成导电凸台，同时使得第一型材与第二型材强制分离，仅有导电凸台与第二型材接触；在焊接步骤中，通大电流增加电流密度，施加小压力避免磨损电极头、过度挤压导电凸台，保持仅通过导电凸台导电，导电凸台所限制形成的第二通电路径的尺寸小，起到强行集中电流的作用，减少了电极帽的端面被腐蚀、磨损而造成的影响，增加了焊接区域的电流密度和焊接热量，提高了焊接的稳定性和可靠性，提升了焊接产品的品质。提升了焊接产品的品质。提升了焊接产品的品质。


技术研发人员：胡文波 颜斌 熊铁锤 黄勇
受保护的技术使用者：东风汽车有限公司东风日产乘用车公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/6