[發明專利]一種應用電阻與電弧復合熱源的螺柱焊接方法及裝置

有效

• 申請號: 201310717148.2
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103692094A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 周琦;張惠蕓;王克鴻;楊立;張德庫;彭勇;趙江濤;陶娟;孫宏宇;蔡雅君
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;泰州南京理工大學研究院
• 主分類號: B23K28/00
• 分類號: B23K28/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳樹山

技術領域

本發明涉及一種螺柱焊接方法，特別是涉及一種應用電阻與電弧復合熱源的螺柱焊接方法及裝置。

背景技術

螺柱焊是指一種將螺柱或類似的金屬柱狀物及其他緊固件焊接在金屬基板上的方法。螺柱焊作為一種簡便、高速、低耗、低污染的先進焊接技術，廣泛適用于車輛、造船、鍋爐、鋼結構、建筑、電子、儀表、醫療器械等領域。按實現螺柱焊的熱源分類，螺柱焊可分為電阻焊、摩擦焊、爆炸焊及電弧焊等焊接方法。按實現螺柱焊的電源分類，電弧螺柱焊可分為穩定電弧螺柱焊（電弧螺柱焊）、不穩定電弧螺柱焊（電容放電螺柱焊或電容儲能螺柱焊）和短周期螺柱焊。其中，電容放電螺柱焊的特點是利用電容充電儲存能量，焊接時放電形成能量脈沖，加熱焊接部位且加壓焊接；電弧螺柱焊是目前采用最為廣泛的一種焊接方法，特點是在桿狀或其他類似的金屬緊固件與板材之間形成電弧的壓力焊接方法；短周期螺柱焊是將焊接電流經過波形控制的電弧螺柱焊。但這些螺柱焊接方法可焊螺柱的直徑小，且為防止熱量集中而引起變色、變形和燒穿，要求焊接時間短，但熔深淺，焊接接頭的可靠性降低。

隨著現代工業的快速發展，螺柱使用越來越普遍，在許多應用領域，單一熱源的螺柱焊已經無法滿足焊接的需要，因此，復合熱源螺柱焊接方法應運而生。現有螺柱焊復合熱源的方式主要有感應與電弧復合熱源、感應與摩擦復合熱源、摩擦與摩擦復合熱源、電阻與摩擦復合等。其中：感應與電弧復合熱源螺柱焊可利用感應加熱裝置對接頭焊前預熱、焊接、焊后退火一體化協調處理，以減小拘束度和預防冷裂紋發生，但焊接界面容易生成大面積的金屬間化合物，接頭韌性不足，與電弧螺柱焊一樣也容易發生縮頸、飛邊、熔合不良、焊偏等缺陷。感應與摩擦復合熱源螺柱焊是一種利用感應加熱對工件加熱從而降低所需摩擦產熱的焊接方法，該方法在保留固相焊接接頭優點的同時解決了單一摩擦螺柱焊接系統在焊接螺柱時產熱不足的難題，但由于感應加熱的區域較大，熱影響區很大，而降低了工件本身的性能。摩擦與摩擦復合熱源是一種利用外環進行摩擦預熱，內環螺柱摩擦進行焊接的方法，該方法在保留固相焊接接頭優點的同時解決了單一摩擦螺柱焊接系統在焊接螺柱時產熱不足的難題，但該裝置復雜，熱源利用率低。電阻與摩擦復合熱源是一種利用電阻熱和摩擦熱共同對接頭加熱而實現焊接的方法，該方法雖然可以降低摩擦壓力、降低主軸功率，但是該方法不能解決大直徑螺柱和厚大金屬基板的焊接。

如何克服現有技術的不足已成為當今螺柱焊接技術領域亟待解決的重點難題之一。

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發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足而提供一種應用電阻與電弧復合熱源的螺柱焊接方法及裝置，本發明能夠實現中大直徑金屬螺柱與厚大金屬板材之間的焊接，適用于鋼、鎳、銅、鈦、鋁、鎂金屬螺柱與同種或異種金屬材料基板之間的焊接，特別適用于大直徑、高碳當量鋼金屬螺柱的焊接。

根據本發明提出的一種應用電阻與電弧復合熱源的螺柱焊接方法，其特征在于將金屬螺柱與金屬基板經電阻預熱、振動均化引弧毛刺、電阻電源延時控制、金屬螺柱端面均勻加熱、熱補償冶金結合和焊后熱處理步驟，而制得性能優良的金屬螺柱與金屬基板的焊接接頭成品，具體步驟如下：

步驟一，電阻預熱：將經過預處理后的金屬螺柱與金屬基板在壓力10～100MPa條件下壓緊，打開電阻電源，控制電流為500～2000A，在電阻熱的作用下預熱金屬螺柱與金屬基板，預熱時間0.5～5s；

步驟二，振動均化引弧毛刺：將步驟一預熱后的金屬螺柱與金屬基板通過電阻加熱至300～700℃，使得金屬螺柱與金屬基板接觸部分均勻受熱，金屬螺柱在軸向位移裝置的作用下，再以5～10Hz的頻率振動，振幅1～2mm，振動2～5s，打開電弧電源，控制電流為600～3000A，使金屬螺柱與金屬基板連接處產生多量化和均勻化的引弧毛刺；

步驟三，電阻電源延時控制：在步驟二的基礎上，保持引弧前的溫度的條件下，將金屬螺柱在軸向位移裝置的作用下向上提起，上升到1.5～2mm時，關閉電阻電源；

步驟四，金屬螺柱端面均勻加熱：在步驟三的基礎上，金屬螺柱上升至1.5～7mm時，引燃均化電弧，使電弧置于金屬螺柱與金屬基板之間，均化電弧使金屬螺柱與金屬基板的連接界面局部熔化，電弧加熱時間700～1500ms；