CN101961814A - 一种热镀铝锌钢板的点焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热镀铝锌钢板的点焊方法，通过在铜电极和热镀铝锌钢板工件间增加箔带；采用台阶式大接触平面电极；采用两段式焊接电流模式；两段式焊接电流采用恒电流控制模式，使箔带与工件及电极均不粘附，焊点外观良好，质量稳定。由于本发明的铜电极仅与箔带未镀锡面接触，从根本上消除了电极被锌铝镀层合金化的问题，不仅提高了镀锌铝钢板点焊电极的使用寿命和焊点质量还延长了电极使用寿命，因而具备良好的推广及应用前景。

Description

一种热镀铝锌钢板的点焊方法
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，运用于热镀铝锌钢板的电阻点焊连接，尤其涉及一种热镀铝锌钢板的点焊方法。
背景技术
点焊方法广泛运用于各种钣金加工领域，包括家电、汽车零部件以及五金等众多行业。作为主流的金属薄板材料连接技术之一，点焊具有高生产效率、低生产成本、过程易于自动化等优点。
热镀铝锌钢板镀层结构是由铝-铁-硅-锌形成的致密四元结晶体，这种镀层综合了铝的高抗腐蚀性和锌对切边有保护作用的优点，具有优良的抗腐蚀性、高抗热性等特点。与传统的镀锌钢板相比，热镀铝锌钢板的防腐能力为同等条件的镀锌钢板的4--6倍，在重量和镀层厚度相同的条件下，镀铝锌层比镀锌层的面积大30％以上，可以大幅节省生产及使用成本。
热镀铝锌钢板在电阻点焊过程中，镀层与铜电极的粘附现象非常严重，除了影响焊点表面外观及焊点强度的稳定性，最关键的问题是大幅降低了铜电极寿命，导致生产效率低、电极消耗大，严重影响流水生产作业节拍，成为生产瓶颈，焊接工程技术人员长期以来一直认为热镀铝锌钢板点焊不适合运用于规模生产，直到目前热镀铝锌钢板仍主要使用在依靠铆接等机械连接方法的场合，国内外公开文献及资料几乎没有任何关于热镀铝锌板电阻点焊技术方面的报道。
专利方面，弗罗纽斯公司专利《电阻焊接方法》中国申请公开号为CN1665636A的专利，专利名称为“电极保护装置、点焊工具和电阻焊方法”，涉及镀层板相关点焊方法，其选用的金属带为两层及以上不同的材料组成，配合专用电极钳才能实现相关功能，设备复杂，使用成本高，适合于铝板的点焊；
美国专利，专利号US5552573A，专利名称“Resistance Welding Processfor Aluminum and Aluminum Alloy Materials”即《铝合金点焊方法》也涉及保护电极的箔带，采用双面涂层，涂层材料由镍、钛、铌、钼、铬、钴等贵重金属组成，生产成本极高。
总体上来说，上述方法分别存在以下缺陷：粘极现象严重，电极寿命低；箔带生产消耗成本高；设备复杂，很难在已有设备上配合简单的工装即可实现可靠运用。
发明内容
本发明的目的是提供一种热镀铝锌钢板的点焊方法，以实际运用条件为先导，在电极与镀层工件间垫入辅助金属箔带，来避免电极直接受到镀层粘附的方案，由于箔带的加入在电极与工件接触处形成次高温区，接头区域温度场趋于均匀，从而利于工件间熔核的形成。解决热镀铝锌钢板普通电阻点焊方法电极寿命极短的致命弱点。
本发明的技术方案如下：本发明提出点焊方法，从根本上提高了镀锌铝钢板点焊电极的使用寿命和焊点质量。箔带与原有电极的组合其实也可以看作一种复合电极，但与常规的复合电极有所区别，常规的复合电极是指在铜或铜合金电极基体上镶嵌W或Mo等耐热材料得到的一种电极。本发明的复合电极是：在工件与铜电极之间增加一层箔带材料，该箔带材料作为耗材起到隔离电极与工件的作用，每焊一个焊点箔带移动一个位置，保证每个焊点焊接前电极与箔带，箔带与工件的接触表面都是新鲜的。工件与箔带在焊接过程中形成的镀层不均匀或其它少量合金化物质随着箔带的移动而被带走，相当于每焊一个焊点电极修磨一次。由于铜电极仅与箔带未镀锡面接触，从根本上消除了电极被锌层合金化的问题，提高了电极使用寿命。
本发明的目的是这样实现的：在电极和热镀铝锌钢板工件间增加箔带；电极采用端部为台阶式平面电极；采用两段式焊接电流模式，第一段电流熔化镀锡层使其充分填充箔带与工件间接触区域，第二段电流用于形成工件间熔核(熔核nugget是指进行电阻点焊、凸焊和缝焊时，在焊件贴合面上熔化金属凝固后形成的金属核)。
优选地，所述箔带选取单面电镀锡钢板，镀锡面与工件接触，未镀锡面与电极接触。这样有效避免了工件镀层与铜电极的直接接触及由此带来的粘极、合金化等问题，在一个焊接周期完成后箔带移动一个固定间隔，这就重新建立与前一个焊接周期完全一致的技术条件，确保了所有点焊过程的相对稳定性。
优选地，所述箔带与电极接触面为冷轧态，厚度范围为0.05-0.35mm，材质为低成本高导电性能的低碳钢。
优选地，所述镀锡面的镀锡量为1-10g/m2。
优选地，所述台阶式平面电极接触面直径为所需熔核直径的2-3倍，确保获得良好的接触及冷却条件。
大平面与工件接触可以增大接触面积并创造更好的电极冷却条件，独特的台阶式电极除了能在接触面产生由圆周向圆心的附加力矩有利于熔核形成外，内侧圆柱面也可以作为电极修磨的基准面，使修磨工作简单便捷而且尺寸精度也可以很好的得到保证，实际操作性良好。
在焊接过程中，第一段电流熔化镀锡层使其充分填充箔带与工件间接触区域，改固态点、线状接触为液态面状接触，有效降低接触电阻，增大电流通过面积和热量传导路径，降低该处热量的产生；中间冷却时间可以迅速降低接触区域温度，有效降低飞溅发生概率，从而保证后续焊接过程稳定性；第二段电流用于形成工件间熔核，在前期箔带与工件接触良好的基础上，第二端电流要比第一段电流大，通过大电流产生较大热量集中于工件间，从而得到需要的工件间点焊熔核。
优选地，所述两段式焊接电流都采用恒电流控制模式。
焊接完成后，由于锡熔点远低于铝锌镀层熔点，当焊接时箔带与工件接触处温度控制较低时，薄带与工件、铜电极均不会粘附，锡镀层冷却凝固后箔带与工件、铜电极会自然分离。当然点焊过程总体来说对焊接电源的控制精度要求较高，通常焊接设备会采用恒电流控制模式，两段式电流也都采用恒电流控制模式。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：
1)利用本发明的点焊方法，箔带与工件及电极均不粘附，焊点外观良好，质量稳定。
2)利用本发明的点焊方法，热镀铝锌钢板电阻点焊时可以大幅提高电极寿命，提高生产效率的同时稳定焊点熔核质量，降低生产成本。
附图说明
以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。
图1为本发明点焊方法预压前(a1)、预压后(b)阶段示意图；
图2为本发明点焊方法预热(c)、焊接(e)阶段示意图；
图3为台阶式铜电极；
图4为单面镀锡板；
图5为本发明点焊方法电流、压力时序图；
图6为常规点焊方法热镀铝锌板电极寿命测试曲线；
图7为采用本点焊方法的热镀铝锌点焊电极寿命测试曲线；
图8为本发明点焊方法A与普通点焊方法B区别示意图。
图中：1-上电极、2-上箔带、3-镀锡层、4-上工件、5-下工件、6-下箔带、7-下电极、8-熔核、9-冷轧基板、10-接触面、11-台阶、12-水冷却通道、a1-预压前、b-预压、c-预热、d-间隔、e-焊接、f-保载、a2-卸载。
具体实施方式
如图8所示为本发明点焊方法A与普通点焊方法B区别示意图，在上、下电极和上、下工件间***上、下箔带，值得特别指出的是，本发明中箔带为单面镀锡薄钢板(如图4所示)且镀锡面均与工件接触，而未镀锡面则与铜电极接触，隔开铜电极与工件铝锌镀层的直接接触，避免了铝、锌元素与铜发生合金化的先决条件。如图1、图2所示。
此外，为了实现后续焊接过程稳定及实际操作简便，本方法采用台阶式点焊电极如图3所示，并配合两段式焊接电流模式如图5所示。具体为：预压前a1，在准备就绪的点焊上电极1和上工件4之间以及下电极7和下工件5之间分别***箔带2、6，其中箔带镀锡面3朝向工件，而未镀锡面则朝向上、下铜电极；预压b，固定好相对位置后对上、下电极施加电极压力，使上、下电极在待焊处压紧箔带和工件；随后在预热c阶段通过电极导通第一段小电流，来改善和稳定各接触面特别是箔带与工件间接触情况，确实降低箔带与工件间接触电阻；经过一小段间隔d冷却，在焊接e时导通第二点焊接电流，形成所需的工件间焊点熔核8：保载f，保持电极压力一段时间：卸载a2，卸载压力，上、下电极打开，锡镀层冷却凝固后箔带与铜电极、工件自动分离；上、下电极随后移动到下一待焊位置进行下一个焊接周期。
运用本发明方法选用厚度为0.18mm的低碳钢单面电镀锡箔带(镀锡量5.6g/m2)作为辅助箔带，对宝钢0.8mm厚度规格的热镀铝锌钢板DC52D+AZ(镀层重量45/45g，环保钝化后处理)进行点焊试验，与普通点焊方法对比其电极寿命结果分别如下，由图6可以看出普通点焊方法情况下铬铜电极寿命约为150点，弥散强化铜电极寿命约为300点；采用本发明的点焊方法，电极寿命可达1100点左右如图7所示，基本解决热镀铝锌板点焊电极寿命偏低，导致严重影响生产效率和焊点质量稳定性问题，可规模运用于实际生产。
综上所述，利用基于本发明的点焊方法，热镀铝锌钢板电阻点焊时可以大幅提高电极寿命，即增大电极更换(修磨)时间间隔，提高生产效率的同时稳定焊点熔核质量，降低生产成本，特别对采用热镀铝锌钢板作为原材料进行加工的工件，其流水线规模生产基本与其它常用等厚镀层如纯锌镀层材料一致，对于热镀铝锌钢板材料充分发挥其高耐蚀性、低成本优势，从而进一步推广运用具有很好的价值。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的一个具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热镀铝锌钢板的点焊方法，其特征在于：在电极和热镀铝锌钢板工件间增加箔带；电极采用端部为台阶式平面电极；采用两段式焊接电流模式，第一段电流熔化镀锡层使其充分填充箔带与工件间接触区域，第二段电流用于形成工件间熔核。
2.如权利要求1所述的热镀铝锌钢板的点焊方法，其特征在于：所述箔带选取单面电镀锡钢板，镀锡面与工件接触，未镀锡面与电极接触。
3.如权利要求2所述的热镀铝锌钢板的点焊方法，其特征在于：所述箔带与电极接触面为冷轧态，厚度范围为0.05-0.35mm，材质为低成本高导电性能的低碳钢。
4.如权利要求2所述的热镀铝锌钢板的点焊方法，其特征在于：所述镀锡面的镀锡量为1-10g/m2。
5.如权利要求1-4任意一项所述的热镀铝锌钢板的点焊方法，其特征在于：所述台阶式平面电极接触面直径为所需熔核直径的2-3倍，确保获得良好的接触及冷却条件。
6.如权利要求5所述的热镀铝锌钢板的点焊方法，其特征在于：所述两段式焊接电流都采用恒电流控制模式。
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