[發(fā)明專利]一種鋁鋼異種金屬電阻點(diǎn)焊-激光復(fù)合點(diǎn)焊的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110586926.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN113333956B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李銘鋒;楊上陸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): B23K26/346
• 分類號(hào): B23K26/346;B23K103/20
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發(fā)明公開了一種鋁鋼異種金屬電阻點(diǎn)焊?激光復(fù)合點(diǎn)焊的方法，該方法通過復(fù)合電阻點(diǎn)焊技術(shù)和激光焊接技術(shù)制造鋁鋼異種金屬高質(zhì)量的點(diǎn)焊接頭。該方法包括一下步驟：步驟1，將相互堆疊夾持著的鋁鋼異種金屬工件置于電阻點(diǎn)焊的兩個(gè)焊接電極之間；步驟2，啟動(dòng)電阻點(diǎn)焊系統(tǒng)，電阻點(diǎn)焊的焊接電極對(duì)鋁鋼工件施加壓力，使所述的鋁鋼工件緊密貼合；隨后接通焊接電流，在電阻熱作用下獲得鋁鋼相互連接的點(diǎn)焊縫；步驟3，結(jié)束電阻點(diǎn)焊過程，移開與工件相互接觸的電極；步驟4，啟動(dòng)激光焊，由激光頭發(fā)射激光束，使激光束作用在鋼工件表面，通過控制激光束的移動(dòng)，使得激光束在所述的點(diǎn)焊焊縫外圍附近制備環(huán)繞點(diǎn)焊焊縫分布的激光焊縫。通過以上方法制備鋁鋼異種金屬?gòu)?fù)合焊點(diǎn)，提高鋁鋼異種金屬點(diǎn)焊縫的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁鋼異種金屬電阻點(diǎn)焊-激光復(fù)合點(diǎn)焊的方法。

背景技術(shù)

在汽車輕量化發(fā)展下要求車身進(jìn)行減重以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的，而采用多材料(包括鋼、鋁、鎂和碳纖維等)混合制造車身是實(shí)現(xiàn)車身輕量化發(fā)展的有效途徑之一。鋼材是當(dāng)前和未來制造汽車的主流材料，而鋁合金是應(yīng)用最廣泛的輕質(zhì)合金，隨著汽車輕量化發(fā)展，鋁合金在汽車上應(yīng)用越來越多，因此在車身制造中，存在大量的鋁合金和鋼異種金屬之間的連接接頭。目前鋁鋼異種金屬連接主要是靠機(jī)械連接實(shí)現(xiàn)的，包括自沖鉚接和流鉆螺釘?shù)取５菣C(jī)械連接一方面增加了構(gòu)件的重量和制造制造成本，另一方面機(jī)械連接高強(qiáng)鋼也面臨巨大的挑戰(zhàn)。

電阻點(diǎn)焊由于其效率高，成本低，連接可靠，是汽車工業(yè)中主流的連接技術(shù)，通常一輛汽車上存在電阻點(diǎn)焊制造的3000～5000個(gè)焊點(diǎn)。由于鋁鋼異種金屬之間存在巨大差異的冶金相容性和物理性質(zhì)，采用熔焊方法連接時(shí)容易形成脆性的Fe-Al系金屬間化合物而導(dǎo)致接頭力學(xué)性能差。在電阻點(diǎn)焊連接鋁鋼異種金屬時(shí)，由于鋁合金的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于鋼的熔點(diǎn)，通常是鋁/鋼界面上的鋁合金熔化而鋪展到鋼工件的表面，加上鋁和鐵的冶金相容性差，鐵在鋁中的固溶度幾乎為零，因此焊縫中的鋁和鐵元素通過相互擴(kuò)展而在鋁/鋼界面形成連續(xù)的脆性Fe-Al系金屬間化合物層，導(dǎo)致接頭連接強(qiáng)度較低。點(diǎn)焊焊縫在承受載荷時(shí)，應(yīng)力高度集中在焊點(diǎn)邊緣位置，導(dǎo)致裂紋快速在焊點(diǎn)外圍萌生，然后沿著脆性化合物層快速擴(kuò)展，這導(dǎo)致點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能非常差，這限制了電阻點(diǎn)焊技術(shù)在鋁鋼異種金屬連接上的應(yīng)用。

激光焊接是汽車材料連接的主要方法之一，由于其焊接效率和精度高，接頭的深寬比大，變形小，因此該技術(shù)在汽車制造中應(yīng)用越來越廣泛。然而激光焊接技術(shù)連接鋁鋼異種金屬連接時(shí)依舊面臨巨大的挑戰(zhàn)，激光焊接技術(shù)焊接時(shí)鋁鋼異種金屬時(shí)，由于鋁工件熱膨脹系數(shù)較大，焊接時(shí)需要對(duì)工件施加較大的夾持力避免工件變形和開裂；此外在實(shí)際工況中，搭接的工件之間的間隙無法避免，較大的間隙會(huì)導(dǎo)致激光焊接時(shí)焊縫產(chǎn)生氣孔、裂紋和被氧化等問題。此外，激光焊接的熱輸入相對(duì)比較劇烈，快速冷卻的焊縫中容易形成裂紋、脆性金屬間化合物、氣孔等問題，這導(dǎo)致了鋁鋼激光焊縫力學(xué)性能差。

為了解決鋁鋼異種金屬焊接所面臨的挑戰(zhàn)，針對(duì)與不同焊接方法現(xiàn)有的技術(shù)主要有括：通過焊接參數(shù)的工藝優(yōu)化，通過調(diào)整焊接參數(shù)來精準(zhǔn)控制焊接熱輸入，降低脆性化合物形成，然而單純通過工藝優(yōu)化方法目前依舊無法解決鋁鋼異種金屬焊接的難題。焊縫界面添加中間夾層、工件表面預(yù)制涂層和采用不同元素的焊絲等工藝實(shí)現(xiàn)控制或抑制焊縫中的脆性化合物形成，旨在提高焊縫的力學(xué)性能，然而這些中間夾層的設(shè)計(jì)和元素配比等都是及其復(fù)雜，并且工藝的穩(wěn)定性較差，這也限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問題：為了克服現(xiàn)有鋁鋼異種金屬焊接技術(shù)的不足，提供了一種鋁鋼異種金屬電阻點(diǎn)焊-激光復(fù)合點(diǎn)焊的方法，進(jìn)而改善點(diǎn)焊縫的結(jié)構(gòu)，通過激光焊縫強(qiáng)化電阻點(diǎn)焊焊縫外圍受載能力，從而達(dá)到提升搭接工件的點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種鋁鋼異種金屬電阻點(diǎn)焊-激光復(fù)合點(diǎn)焊的方法，包括以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1，將相互堆疊夾持著的鋁鋼異種金屬置于電阻點(diǎn)焊的兩個(gè)焊接電極之間；