[發(fā)明專利]一種用于異質(zhì)材料電阻點(diǎn)焊的緊固件及焊接方法

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• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114932302A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艷俊;楊上陸;李銘鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11;B23K11/30;B23K11/36
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種用于異質(zhì)材料電阻點(diǎn)焊的緊固件及焊接方法。所述緊固件組件包括軸身以及軸套兩部分；軸身以及軸套兩部分，且所述軸套的電阻率高于軸身電阻率；所述軸套具有中空的圍繞所述軸身布置的軸套軸身，以及向外延伸的軸套端蓋，且所述軸套軸身與軸套端蓋過渡處具有環(huán)形凹槽，用于容納焊接時的飛濺物；所述的軸身可伸入所述的軸套軸身，當(dāng)所述緊固件放置在由不同材料的第一和第二導(dǎo)電材料組成的堆疊體上時，通過電阻點(diǎn)焊施加的壓力和電流作用，使所述的軸身軸肩穿透第一導(dǎo)電材料并使部分第一導(dǎo)電材料加熱而產(chǎn)生熔融金屬向外噴射至所述環(huán)形凹槽內(nèi)，進(jìn)而使所述的軸身軸肩與第二導(dǎo)電材料形成電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)；其中所述軸身與第二導(dǎo)電材料材質(zhì)相同。該緊固件及焊接方法可有效解決異質(zhì)材料電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量差的問題，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施效果好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于異種板材金屬材料連接領(lǐng)域的技術(shù)，具體涉及一種輕金屬與鋼堆疊件的電阻點(diǎn)焊裝置及其焊接方法。

背景技術(shù)

目前在汽車行業(yè)中，鋼材廣泛用于汽車車身的制造，隨著社會對汽車需求量逐年增加，大量的能源消耗以及有害汽車尾氣排放成為汽車行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。而減少汽車的車身質(zhì)量被證明能有效地提升燃料效率和減少有害氣體排放，因此汽車輕量化發(fā)展成為當(dāng)前汽車行業(yè)的一個主題。為了制造更輕汽車車身，當(dāng)前鋼正在被更輕的輕金屬材料(如鋁合金和鎂合金等)所取代，因?yàn)檩p金屬同樣具有高比強(qiáng)度、良好耐腐蝕性和成型性。但是為了車身結(jié)構(gòu)更加安全可靠，鋼結(jié)構(gòu)在車身制造中依舊是主流材料，因?yàn)殇摼哂懈玫臋C(jī)械性能可以滿足強(qiáng)度要求，并且鋼材的成本相較于輕金屬而言具更低。此外，隨著鋼材的制造和研發(fā)能力不斷提升，大量種類的高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼的性能逐漸被市場所認(rèn)可并獲得應(yīng)用，因此強(qiáng)度更高的鋼應(yīng)用在車身制造中，在相同的強(qiáng)度要求下可以實(shí)現(xiàn)更小的重量。因此，未來車身制造的必然趨勢是輕金屬與鋼多材料混合制造，在此背景下，輕金屬與鋼的連接在所難免。

然而，由于輕金屬與鋼的熱物理性能不相容、互溶性低，在輕金屬與鋼的焊接過程面臨巨大的挑戰(zhàn)，比如飛濺、氣孔、裂紋等；其中輕金屬與鋼焊接最大的挑戰(zhàn)是焊縫中容易形成大量的脆性金屬間化合物，這種化合物導(dǎo)致接頭力學(xué)性能極差，由于脆性化合物大量存在于焊縫中，在焊接熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用下，也導(dǎo)致焊縫形成大量裂紋，進(jìn)一步惡化接頭性能。因此，目前輕金屬與鋼的連接獲得應(yīng)用的技術(shù)包括膠接和機(jī)械連接。然而，膠接連接強(qiáng)度較差，受溫度影響會老化失效并且膠接需要較大的搭接面積，這也增加了構(gòu)件的連接成本；對于機(jī)械連接，其連接強(qiáng)度較為可靠，但是機(jī)械連接設(shè)備昂貴，連接效率低，此外隨著高強(qiáng)鋼的應(yīng)用逐漸普及，機(jī)械連接也面臨巨大的挑戰(zhàn)，例如自沖鉚接在連接高強(qiáng)鋼甚至超高強(qiáng)鋼時由于高強(qiáng)鋼的延性差而無法有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖合、鋼工件開裂和鉚釘容易墩粗等問題。而焊接由于其效率高，成本低廉，采用焊接技術(shù)制備可靠的輕金屬與鋼的焊接接頭對汽車輕量化發(fā)展具有重大的意義。

目前，采用包括固相焊、釬焊和熔化焊幾乎所有的焊接方法對輕金屬與鋼異種材料組合進(jìn)行焊接，此外涌現(xiàn)出一些新的復(fù)合焊接工藝，例如激光-電弧復(fù)合焊、超聲波-電阻點(diǎn)焊復(fù)合焊、超聲波-攪拌摩擦復(fù)合焊、磁場輔助弧焊以及磁場輔助電阻點(diǎn)焊等，這些方法在焊接鋁合金和鋼時，幾乎所有的結(jié)果均表明，焊縫中存在脆性金屬化合物導(dǎo)致了焊接接頭性能較差，此外大量的研究工作也指出輕金屬與鋼焊接時及其容易形成裂紋和氣孔等，這進(jìn)一步降低接頭力學(xué)性能；此外由于大量的鋼材表面存在涂層，例如Al-Si涂層、Zn涂層和Sn涂層等等，這些涂層進(jìn)一步增加了輕金屬與鋼異種材料焊接的難度。因此，輕金屬與鋼的焊接接頭性能幾乎還無法滿足廣泛應(yīng)用的要求，這限制了焊接技術(shù)在輕金屬與鋼連接的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)輕金屬與鋼的焊接，進(jìn)而推動汽車行業(yè)的輕量化發(fā)展，本領(lǐng)域迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效和高質(zhì)量連接異種金屬的焊接方法，降低異種金屬構(gòu)件的連接成本和提升汽車車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，進(jìn)而促進(jìn)汽車輕量化發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服以上問題，本發(fā)明提供了一種用于異質(zhì)材料電阻點(diǎn)焊的緊固件及焊接方法。解決電阻點(diǎn)焊焊接多層相互堆疊具有熔點(diǎn)差異的異質(zhì)材料焊接性能差的問題；