CN112122758A - 一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，它属于焊接技术领域。本发明要解决的技术问题为在保留钢表面Al‑Si镀层的前提下提高焊接性能。本发明在铝合金表面预制小孔并放置铆钉，焊接时通过在铆钉与钢界面形成熔核进而实现铝合金与钢的连接。在铆钉与热冲压成形钢的界面处放置Ni箔，通过箔片的熔化向熔池中引入合金元素Ni以增加奥氏体稳定性，促进熔池内全马氏体组织的生成；同时采用永磁铁在焊接位置产生恒定的径向强磁场，通过电磁搅拌作用促进熔池内Ni元素与Al元素的流动，改善组织均匀性，抑制了铁素体在熔池长的大量生成与偏聚，改善了液态金属的凝固行为，增加熔池尺寸，细化晶粒，消除气孔缺陷。

Description

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域；具体涉及一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法。

背景技术

近年来，随着人们环保意识的增强，节能减排逐渐成为了人类生存的主流意识。车辆作为人类出行的主要代步工具，在节能减排领域有着很大的提升空间。越来越多的轻质高强材料被应用与车身制造中。其中，铝合金具有密度小、强度高等优势，被广泛的应用与车身盖板、车后盖等非主要承力结构中。

随着第三代先进高强钢技术的不断成熟，以22MnB5为代表的热冲压成形钢由于其优越的力学性能被广泛应用于车身主要承力结构，采用该种钢代替传统的钢材，可以在保证使用性能的同时实现使用钢材厚度的降低与用量的减少。由于铝/钢之间易发生过度反应而生成大量的金属间化合物导致铝/钢之间的冶金连接存在较大的困难，而热冲压成形钢与铝合金之间的焊接性更差。这是由于热冲压成形钢在制备过程中需要进行淬火工艺，为了保护钢表面不发生严重的氧化与脱碳，需要在钢表面预制一层Al-Si镀层。该镀层在淬火过程会演变为脆硬的Fe-Al-Si三相金属间化合物，进一步降低了铝与热冲压成形钢之间的焊接性。热冲压成形钢表面的Al-Si镀层不但降低了铝/钢之间的焊接性，对于钢与钢之间的冶金连接也有不利影响。镀层中的Al元素熔化进入焊缝后易在熔合线处偏聚，局部区域Al含量的升高会促进焊缝铁素体在凝固过程中的大量生成。铁素体的承载性能较差，相比于全马氏体结构，铁素体大量生成并发生偏聚的焊缝组织性能明显下降。

由于热冲压成形钢表面Al-Si镀层对焊接时造成的不利影响，在应用该钢种进行焊接时需要采用一定的手段去除该镀层，这在一定程度上增加了使用成本。故实现铝合金与热冲压成形钢的有效连接成为车身制造业中亟需解决的问题。

发明内容

本发明目的是提供了一种消除Al-Si镀层对于焊接接头的性能损伤，在保留Al-Si镀层的前提下获得焊接性能良好的Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法。

在本发明中提出了一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，在下文中给出了关于本方法的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明通过以下技术方案实现：

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中铝合金母材厚度为0.5～3mm，钢母材厚度为1～5mm，Ni箔片的厚度为0.05～0.5mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，通孔的直径为1-20mm。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中钢母材为热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为10～80μm。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗1～2min。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中电阻点焊机为直流点焊机或交流点焊机中的一种，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为5～15mm。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，调整上下磁极到焊接平面的距离一致，当铝钢板厚不同时，通过调整工作距离以保证磁铁到焊接平面距离相同。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力2～5kN，焊接电流5～15kA，加压时间为800～1200ms，焊接时间200～500ms。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中的铆钉为钢材质。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，位于上下电极两侧的环形磁铁为同轴放置，同名磁极相对摆放，以实现焊接平面上竖直方向分量相互抵消，水平方向分量相互叠加，在熔池内形成稳定的径向磁场。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，采用电阻单元焊技术，在铝合金表面预制通孔并***铆钉，通过在铆钉与钢之间形成熔核以实现铝合金与钢的焊接，这种焊接技术通过将铝/钢异种材料之间的连接转变为钢与钢之间同种材料的连接，最大程度上避免了由于Fe-Al脆性金属间化合物的形成和不断长大而造成的接头性能损失。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，通过合金元素Ni的引入及外磁场的辅助作用共同实现对于铝/热冲压成型钢的连接，其中，合金元素Ni的引入增加了奥氏体稳定性，抑制了铁素体的生成和偏聚，中和了Al元素对于焊缝组织及性能的不利影响。外部磁场的引入促进了熔池内的液相流动，有效的增加了焊缝组织及元素的均匀性。另外，磁场作用于熔池金属改善了熔池内部组织的凝固行为，细化晶粒，消除焊接裂纹、气孔等缺陷。增强接头整体性能以满足实际生产需要。

本发明的有益效果为：

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，通过电阻单元焊的焊接方法，将铝/钢异种材料的连接巧妙的转变为铆钉与钢之间的同种材料的连接，最大程度上避免了由于Fe-Al之间的过度反应所带来的脆性金属间化合物的生成的问题；Ni元素是一种奥氏体稳定元素，加入了Ni元素后，液态金属在凝固过程中生成的奥氏体稳定性增加，奥氏体的稳定存在导致焊缝组织在一定的冷却速度下更容易转变为性能良好的全马氏体结构，抑制了铁素体的生成和偏聚，中和了Al元素对于焊缝组织及性能的不利影响。外部磁场的引入促进了熔池内的液相流动，其中，Al元素在外部磁场带来的剧烈搅拌作用下更加均匀的分布在熔池内部，降低了其在熔合线位置偏聚的可能，提高了熔池内部合金元素分布的弥散程度。另外，磁场作用于熔池金属改善了熔池内部组织的凝固行为，细化晶粒，消除焊接裂纹、气孔等缺陷。通过合金元素-磁场辅助的共同调控作用有效的降低了热冲压成型钢表面的Al-Si镀层所带来的不利影响，可实现在带有镀层情况的高质量焊接，降低了22MnB5钢的使用成本，提高了生产效率。

本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，对焊接接头进行拉伸测试，最大承载力能够提高20％-50％。

附图说明

图1为本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法准备焊接时装配结构示意图；

图2为本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法的焊接过程示意图；

图3为本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法的磁场分布示意图；

图4为本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法的焊接平面外磁场方向示意图；

图5为本发明所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法的交流点焊机输入交流电的电流及电压波形；

图6为具体实施方式一方法制备的铝合金/热冲压成形钢电阻单元焊接方法的接头组织形貌照片；

图7为对比例方法制备的铝合金/热冲压成形钢电阻单元焊接方法的接头组织形貌照片；

图1中1为铝合金母材，2为钢母材，3为铆钉，4为Ni箔片，5为电极头，6为磁铁。

具体实施方式

具体实施方式一：

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中铝合金母材厚度为1.5mm，钢母材厚度为1.5mm，Ni箔片的厚度为0.1mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中的铝合金母材为60601-T6铝合金板材，圆形通孔的直径为5mm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中钢母材为22MnB5热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为40μm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗1min。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中电阻点焊机为交流点焊机，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为10mm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力5kN，焊接电流10kA，加压时间为1000ms，焊接时间200ms。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，设计的待焊钢母材、铝合金母材的规格为25×100mm，搭接尺寸为25×25mm，通孔位置位置正方形搭接面积的中心；选用Ni箔片放置于铆钉与热冲压成形钢界面处，用Ni箔片的形状与铆钉横截面相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，位于上下电极两侧的环形磁铁为同轴放置，同名磁极相对摆放，以实现焊接平面上竖直方向分量相互抵消，水平方向分量相互叠加，在熔池内形成稳定的径向磁场。所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法的磁场分布示意图如图3所示，所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法的焊接平面外磁场方向示意图如图4所示。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，交流交流点焊机输入交流电的电流及电压波形如图5所示，而使用交流点焊机时，一个周期内虽然电流是变化的，但带电粒子仍然是面向一个方向运动的。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，制备的铝合金/热冲压成形钢电阻单元焊接头的组织形貌照片如图6所示，从图6中能够看出，界面的成型良好，无明显气孔缺陷，在合金元素-磁场辅助的共同作用下，熔池形状被压扁，熔核内组织分布细小均匀，为马氏体组织。对接头强度进行测试，试样呈纽扣断裂模式，最大承载力为5980N，相比于对比例最大承载力提高20％。

对比例的电阻单元焊接头的组织形貌照片如图7所示，对比例与本实施方式选用的母材及铆钉的规格一致，选用的焊接参数一致，而在焊接过程中，未加入Ni箔片与磁场辅助，从图7中能够看出，对比例的熔核尺寸较小，熔核边界存在白色的铁素体组织析出，熔核内晶粒尺寸增加。对接头进行拉伸测试，试样沿铆钉与热冲压成形钢界面断裂，最大承载力为4980N。

具体实施方式二：

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中铝合金母材厚度为2mm，钢母材厚度为1mm，Ni箔片的厚度为0.2mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中钢母材为热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为30μm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗1min。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中电阻点焊机为直流点焊机，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为15mm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力2kN，焊接电流15kA，加压时间为800ms，焊接时间300ms。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，制备的铝合金/热冲压成形钢电阻单元焊接头界面的成型良好，无明显气孔缺陷，在合金元素-磁场辅助的共同作用下，熔池形状被压扁，熔核内组织分布细小均匀，为马氏体组织。对接头强度进行测试，试样呈纽扣断裂模式，相比于未加入Ni箔片与磁场辅助的单元焊接头最大承载力提高25％％。

具体实施方式三：

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中铝合金母材厚度为3mm，钢母材厚度为5mm，Ni箔片的厚度为0.5mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中钢母材为热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为80μm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗2min。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中电阻点焊机为交流点焊机，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为5mm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力5kN，焊接电流15kA，加压时间为1200ms，焊接时间500ms。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，制备的铝合金/热冲压成形钢电阻单元焊接头界面的成型良好，无明显气孔缺陷，在合金元素-磁场辅助的共同作用下，熔池形状被压扁，熔核内组织分布细小均匀，为马氏体组织。对接头强度进行测试，试样呈纽扣断裂模式，相比于未加入Ni箔片与磁场辅助的单元焊接头最大承载力提高15％。

具体实施方式四：

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中铝合金母材厚度为0.5mm，钢母材厚度为1mm，Ni箔片的厚度为0.05mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中钢母材为热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为10μm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗1min。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中电阻点焊机为直流点焊机或交流点焊机中的一种，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为15mm。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力2kN，焊接电流5kA，加压时间为800ms，焊接时间200ms。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，制备的铝合金/热冲压成形钢电阻单元焊接头界面的成型良好，无明显气孔缺陷，在合金元素-磁场辅助的共同作用下，熔池形状被压扁，熔核内组织分布细小均匀，为马氏体组织。对接头强度进行测试，试样呈纽扣断裂模式，相比于未加入Ni箔片与磁场辅助的单元焊接头最大承载力提高22％。

具体实施方式五：

一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，位于上下电极两侧的环形磁铁为同轴放置，同名磁极相对摆放，以实现焊接平面上竖直方向分量相互抵消，水平方向分量相互叠加，在熔池内形成稳定的径向磁场。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，采用电阻单元焊技术，在铝合金表面预制通孔并***铆钉，通过在铆钉与钢之间形成熔核以实现铝合金与钢的焊接，这种焊接技术通过将铝/钢异种材料之间的连接转变为钢与钢之间同种材料的连接，最大程度上避免了由于Fe-Al脆性金属间化合物的形成和不断长大而造成的接头性能损失。

本实施方式所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，通过合金元素Ni的引入及外磁场的辅助作用共同实现对于铝/热冲压成型钢的连接，其中，合金元素Ni的引入增加了奥氏体稳定性，抑制了铁素体的生成和偏聚，中和了Al元素对于焊缝组织及性能的不利影响。外部磁场的引入促进了熔池内的液相流动，有效的增加了焊缝组织及元素的均匀性。另外，磁场作用于熔池金属改善了熔池内部组织的凝固行为，细化晶粒，消除焊接裂纹、气孔等缺陷。增强接头整体性能以满足实际生产需要。

具体实施方式六：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

具体实施方式七：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中铝合金母材厚度为0.5～3mm，钢母材厚度为1～5mm，Ni箔片的厚度为0.05～0.5mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

具体实施方式八：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤1中钢母材为热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为10～80μm。

具体实施方式九：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗1～2min。

具体实施方式十：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中电阻点焊机为直流点焊机或交流点焊机中的一种，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

具体实施方式十一：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为5～15mm。

具体实施方式十二：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

具体实施方式十三：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

具体实施方式十四：

根据具体实施方式五所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力2～5kN，焊接电流5～15kA，加压时间为800～1200ms，焊接时间200～500ms。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、准备待焊的钢母材、铝合金母材、铆钉、Ni箔片，将待焊铝合金母材表面通孔，待用；

步骤2、将待焊的钢母材、通孔后的铝合金母材、铆钉、Ni箔片进行去油清洗后，风干，待用；

步骤3、将磁铁固定于电阻点焊机的电极头上，待用；

步骤4、将铝合金母材和钢母材间放入Ni箔片，搭接后将铆钉置于铝合金的通孔中，压紧铆钉、Ni箔片及钢母材后，用步骤3具有磁铁的电极头进行电阻单元焊接。

2.根据权利要求1所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤1中通孔设置于铝合金母材搭接区域的中心，通孔直径与铆钉直径尺寸相同，铆钉钉柱的长度与铝合金母材板的厚度相同。

3.根据权利要求2所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤1中铝合金母材厚度为0.5～3mm，钢母材厚度为1～5mm，Ni箔片的厚度为0.05～0.5mm，Ni箔片的直径与通孔的直径尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤1中钢母材为热冲压成形钢，所述的钢母材的表面镀有Al-Si镀层，Al-Si镀层的厚度为10～80μm。

5.根据权利要求1或4所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤2中去油清洗为置于丙酮溶剂中超声清洗1～2min。

6.根据权利要求5所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤3中电阻点焊机为直流点焊机或交流点焊机中的一种，将2个磁铁固定于电阻点焊机的2个电极头上。

7.根据权利要求6所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤3中所述的磁铁为永磁铁，永磁铁与电极头垂直固定，永磁铁的底面与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离为5～15mm。

8.根据权利要求7所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤3中所述的2个磁铁与其固定的电极头焊接端头之间的工作距离相同，2个磁铁的同名磁极相对摆放。

9.根据权利要求7所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：所述的永磁铁为NdFeB磁铁。

10.根据权利要求7所述的一种Ni元素调控的磁场辅助铝合金与钢的电阻单元焊接方法，其特征在于：步骤4中电阻单元焊接的焊接参数为电极压力2～5kN，焊接电流5～15kA，加压时间为800～1200ms，焊接时间200～500ms。

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