[發明專利]一種提升金屬薄板超聲波點焊力學性能的方法

有效

• 申請號: 201710753591.3
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107378226B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 甘俊旗;曹彪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B23K20/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發明公開了一種提升金屬薄板超聲波點焊力學性能的方法，包括如下步驟：對待焊接的兩塊金屬板材上下表面的待焊接區域，分別進行氧化層去銹處理；將下金屬墊片貼附固定在下金屬板材下表面的待焊接區域，并將下金屬板材置于工作臺上；然后將上金屬板材的待焊接區域搭接放置在與下金屬板材待焊接的區域；在上金屬板材搭接部位的焊點區域放置上金屬墊片；將超聲波焊頭按壓在上金屬墊片上，開始超聲波焊接，直至完成上金屬板材和下金屬板材的焊接。本發明可以有效避免金屬板材在焊接過程中粘附在工作臺上，同時還可以減少金屬板材在焊點附近產生應力集中，避免下薄板在焊點位置附近產生微裂紋，從而提升焊件整體剪切抗拉力。

技術領域

本發明涉及超聲波點焊工藝，具體涉及一種提升金屬薄板超聲波點焊力學性能的方法。

背景技術

超聲波點焊焊接(ultrasonic spot welding,簡稱USW)是利用超聲波的高頻振動,在靜壓力的作用下將彈性振動能量轉變為工件間的摩擦功和形變能,對焊件進行局部清理和加熱焊接的一種壓力焊接方法。其原理為:焊接金屬材料時,由超聲波發生器產生的超聲頻率振動電流,換能器利用逆壓電效應使之轉換成彈性機械振動能,并通過聲學系統向焊件輸入。兩被焊工件的接觸界面在靜壓力和彈性振動能量的共同作用下,通過摩擦、溫升和變形,使氧化膜或其他表面附著物被破壞,并使純凈界面之間金屬原子無限接近、產生結合與擴散,實現可靠連接。該焊接方法最大優點：節能，焊接速度快，效率高，無需焊料，可實現異種金屬薄板之間和同種金屬薄板之間的焊接，如鋼/鋁，鈦/鋁，鋁/鋁等金屬薄板之間的焊接。其中鋼/鋁薄板和鋁/鋁薄板的超聲波焊接已成為全世界焊接領域研究的熱點之一，有望在不遠的將來分別取代自沖鉚工藝和氬氣保護焊接工藝，在汽車車身焊接上廣泛使用。

目前阻礙鋼/鋁薄板和鋁/鋁薄板的超聲波焊接工藝應用的最大障礙是焊點的力學性能不理想，目前鋼/鋁薄板的超聲波焊點的最大剪切抗拉力僅為4.2KN，鋁/鋁薄板的超聲波焊點的最大剪切抗拉力不到4KN。如何更進一步提升鋼/鋁薄板和鋁/鋁薄板超聲波點焊焊點的力學性能成為該領域主要研究的方向。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種提提升金屬薄板超聲波點焊力學性能的方法。該方法不僅能夠實現薄板焊點力學性能的穩定提升，同時該工藝能耗低，焊接時間短，生產效率高，工藝簡單，成本低廉。

本發明通過下述技術方案實現：

一種提提升金屬薄板超聲波點焊力學性能的方法，包括如下步驟：

步驟一：對待焊接的兩塊金屬板材上下表面的待焊接區域，分別進行氧化層去銹處理；金屬板材的厚度為0.5mm～1.5mm；

步驟二：將下金屬墊片貼附固定在下金屬板材下表面的待焊接區域，并將下金屬板材置于工作臺上；然后將上金屬板材的待焊接區域搭接放置在與下金屬板材待焊接的區域；

步驟三：在上金屬板材搭接部位的焊點區域放置上金屬墊片；

步驟四：將超聲波焊頭按壓在上金屬墊片上，壓力自上而下依次施加至上金屬墊片、上金屬板材待焊接區域、下金屬板材待焊接區域、下金屬墊片、工作臺；開始超聲波焊接，直至完成上金屬板材和下金屬板材的焊接。

步驟一所述對待焊接的兩塊金屬板材是指，若其中一塊為鋁板，另一塊為鋼板時，則鋁板在下，鋼板在上。

當步驟三中上金屬墊片和步驟二中下金屬墊片為矩形時，其長度和寬度分別取超聲焊頭長度或寬度的兩倍至三倍；

當步驟三中上金屬墊片和步驟二中下金屬墊片為橢圓形時，橢圓的長軸和短軸分別取焊頭長度和寬度的三倍。

步驟一所述兩塊金屬板材的待焊接區域搭接寬度不小于20mm～25mm。

步驟三所述上金屬墊片的耐溫系數大于步驟二所述的下金屬墊片的耐溫系數。