一種超聲波-電阻復合焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于焊接制造技術領域，具體地說是一種超聲波-電阻復合焊接方法。
【背景技術】
[0002]目前，電阻點焊是航空、航天、汽車制造業應用最廣泛的焊接方法之一，然而針對高強鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等輕量化材料，電阻點焊的質量是限制其應用的瓶頸之一。以汽車制造為例，為了保證汽車的可靠性其實際焊數目高出設計30%，優質高效的電阻點焊技術可以節約大量的生產成本，因此電阻焊技術和設備的更新換代具有重要的實際應用意義。
[0003]鋁合金是重要的輕量化材料之一，然而鋁合金易產生氧化膜、熔點低、屈服強度低、導電導熱性能良好，電阻焊中常伴有微型空洞、裂紋等不連續缺陷和壓痕過深等現象，給電阻焊帶來了很大的困難。目前國際上已經提出了一系列提高鋁合金電阻焊質量的方法，諸如表面鍍層法、熔核孕育處理法、線性回歸預測法、隨機多脈沖回火熱處理法等工藝，可以在一定程度上提高鋁合金電阻焊的焊接質量。然而，由于鋁合金自身的特性，其電阻焊焊接規范窗口窄，工業應用受到了相應的限制。
[0004]超聲波加工是利用高頻機械振動能量對材料進行加工的一種方法，在鑄造過程中其引入可以細化材料晶粒、減小氣孔，在釬焊過程中加入超聲波可以增加表面潤濕，利于釬料鋪展并且消除氧化膜。如果將超聲波與電阻點焊相結合則可以有效的提高鋁合金電阻點焊的質量。目前已經有將超聲波引入電阻點焊的報道:申請號為201310714348.2的中國專利，薄金屬片結構電阻/超聲波復合點焊方法，該方法將需要焊接的兩個薄金屬片置于底座上，其中一個薄金屬片絕緣側向下緊貼底座，采用單側并排雙壓頭于另一個無絕緣材料包裹的薄金屬片之上施加壓力，雙壓頭之間通入電流產生電阻熱，同時利用超聲波使工件接觸面摩擦產熱，最終形成焊接。然而，此方法焊接應用范圍有限，僅適用于點焊，并且焊接板材厚度僅為0.05-0.3mm的薄板，同時需要絕緣材料輔助金屬片焊接。
【發明內容】
[0005]根據上述提出的輕質材料電阻點焊焊接存在質量方面的技術問題，而提供一種超聲波-電阻復合焊接方法。本發明主要通過電阻焊與超聲波焊共用電極焊頭對待焊工件施壓，利用超聲波產生的高頻振動增加待焊工件之間的接觸，減小壓痕，減少焊接缺陷等，從而提高焊接接頭的力學性能。
[0006]本發明采用的技術手段如下:
[0007]一種超聲波-電阻復合焊接方法，其特征在于包括如下步驟:
[0008]S1、預壓階段:將待焊工件的焊接接觸面保持接觸，上電極焊頭和下電極焊頭分別置于所述待焊工件兩側且保持所述上電極焊頭和所述下電極焊頭同軸，以保證焊接過程所要求的接觸電阻，所述上電極焊頭和所述下電極焊頭均為電阻焊和超聲波焊共用的電極焊頭；
[0009]S2、焊接階段:在所述上電極焊頭和所述下電極焊頭之間接通電流，同時所述上電極焊頭和所述下電極焊頭在待焊工件表面施加超聲波，利用電流通過待焊工件接觸面產生的電阻熱和超聲波產生的振動、摩擦熱，加熱待焊工件使其達到熔化狀態，形成熔核；
[0010]S3、冷卻結晶階段:隨著通電時間延長，待焊工件中熔核長大到預設尺寸后，繼續保持所述上電極焊頭和所述下電極焊頭的壓力，停止電阻焊電流和超聲波，直至液態金屬冷卻形成焊點/焊縫；或者僅切斷電阻焊電流，待超聲波繼續作用到預設時間，直至液態金屬冷卻形成焊點/焊縫。
[0011]進一步地，所述待焊工件可選擇板材厚度為0-5mm的鋼材、銷合金、鎂銷合金、鈦合金和鋁合金。但不局限于上述金屬板材。
[0012]進一步地，與所述上電極焊頭和所述下電極焊頭連接的電阻點焊設備為電阻電焊機或電阻滾焊機，所述電阻點焊設備的焊接電流為直流、直流脈沖或交流。
[0013]進一步地，所述超聲波方向可為垂直電極焊頭或平行電極焊頭；所述超聲波加載在所述上電極焊頭、所述下電極焊頭，或所述上電極焊頭和所述下電極焊頭均加載。
[0014]進一步地，所述電極焊頭的壓力大小為0_4kN，焊接電流為0_30kA，電阻焊維持時間為0-5s，電阻焊后壓力及超聲波維持時間O-lOs，超聲波頻率15-80kHz，振幅5_50 μπι。
[0015]本發明利用電阻焊和超聲波焊的共同點-即焊接時均需要利用電極焊頭對上下搭接的工件施加壓力的特點，采用電阻焊和超聲波焊共用電極焊頭，從而實現焊接質量的提高，較現有技術相比，本發明的區別點如下:
[0016]I)現有技術中僅能實現點焊，本發明既可以采用電阻點焊，也可以采用電阻滾焊技術形成焊縫；
[0017]2)現有技術實現的目的是減小電阻焊核區，增大超聲波固相連接面積，細化晶粒，提高性能，而本發明利用電阻焊和超聲波焊共同作用，并無固相焊區域，同時通過能量疊加增加電阻焊點尺寸，以增加接頭強度；
[0018]3)現有技術采用雙電極+超聲波焊頭，并且電阻焊與超聲波焊分別作用于焊接板材兩側；本發明電阻焊與超聲波焊共用電極焊頭，二者同軸作用，同時焊接金屬表面不需要絕緣層；
[0019]4)現有技術僅適合于焊接薄板，本發明以電阻焊為主，超聲波焊為輔，可以焊接工業領域5mm以內的金屬板材。
[0020]本發明主要通過電阻焊與超聲波焊共用電極焊頭對待焊工件施壓，焊接過程中電極間產生電阻熱的同時加入垂直方向或平行方向的超聲波，利用超聲波產生的高頻振動增加待焊工件之間的接觸，具有減小壓痕，破碎金屬氧化膜，促進板材內析出氣體的逸出，消除氣孔、減少焊接缺陷等優點，從而提高焊接接頭的力學性能。基于上述理由本發明可在焊接制造領域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0022]圖1是本發明的工藝流程示意圖。
[0023]圖中:1、上電極焊頭2、下電極焊頭3、待焊工件4、超聲波-電阻復合焊熔核5、
焊點/焊縫。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，一種超聲波-電阻復合焊接方法，包括如下步驟:
[0025]S1、預壓階段:將待焊