阅读说明：本技术 一种电阻点焊异种金属的方法 (Method for resistance spot welding of dissimilar metals ) 是由 杨上陆 王艳俊 于 2018-08-16 设计创作，主要内容包括：一种电阻点焊异种金属的方法。本发明针对焊接熔点不同或强度不同的金属存在的问题,通过在高熔点工件表面设置凹陷结构,使得在进行电阻点焊时高熔点工件与低熔点工件接触面积不同,改变温度场与应力场的分布,使温度集中于低熔点工件与高熔点工件两侧,并驱使熔化的低熔点熔核向高熔点工件的凹陷处运动,从而减少熔点不同的金属焊接存在的气孔等缺陷。(A method for resistance spot welding dissimilar metals. Aiming at the problems of welding metals with different melting points or different strengths, the invention arranges a concave structure on the surface of a high-melting-point workpiece, so that the contact area of the high-melting-point workpiece and a low-melting-point workpiece is different when resistance spot welding is carried out, the distribution of a temperature field and a stress field is changed, the temperature is concentrated on the two sides of the low-melting-point workpiece and the high-melting-point workpiece, and a molten low-melting-point nugget is driven to move to the concave part of the high-melting-point workpiece, thereby reducing the defects of air holes and the like in the welding of.)

一种电阻点焊异种金属的方法

技术领域

本发明涉及电阻点焊领域，并且更具体地涉及电阻点焊具有熔点差异或强度差异的工件在一起。

背景技术

近年来，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流，因为铝合金、镁合金等轻合金材料的密度远小于钢材而受到各大汽车厂商的青睐，但是钢材的总体力学性能要优于轻合金材料，因此使轻合金材料与钢材连接成为汽车轻量化的优选方案，这就涉及到轻合金与钢之间的连接问题。

电阻点焊是依靠电流流动通过接触的金属工件并穿过他们之间的接触面电阻来产生热量，进而熔化焊接连接在一起。但是在焊接异种材料时，特别是铝合金与钢，由于铝钢的熔点不同(钢的熔点在1300℃以上，铝的熔点只有 660℃，铝合金的熔点更低，强度差也很大)，电阻率、导热性、热膨胀系数等的差异，导致将两者熔焊在一起非常困难。铝合金熔点低，在结合面产生的热量使铝合金熔化而钢还未熔化，并且在电流停止时，铝冷却速度较快，而钢冷却较慢，界面处凝固收缩率相差很大，导致在最后的结合处容易出现气孔、裂纹等明显的缺陷，无法实现可靠的焊接。此外，由于钢工件较高的电阻率，导致在界面结合处产生更高的温度会使产生的脆性的金属件化合物Fe-Al层生长，而更多更厚的脆性金属件化合物会严重降低焊接接头的强度。因此如何更好地控制铝工件与钢工件之间的热平衡非常重要，从而使熔化金属能够以理想的受控的方式熔化和冷却凝固显得非常重要。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种在高熔点工件表面设置凹陷结构的方法来降低电阻点焊异种金属所存在的缺陷。

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案是：一种电阻点焊异种金属的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)提供两种熔点不同的工件，其中高熔点的工件表面具有凹陷结构；

(2)将低熔点的工件与高熔点的工件堆叠在一起；

(3)对堆叠的工件通过第一焊接电极和第二焊接电极进行一个或多个独立的电阻点焊，其中焊点位于高熔点工件的凹陷位置处。

在另一优选例中，所述高熔点工件为钢，所述高熔点工件与低熔点工件为钢、铝、铝合金、镁或镁合金等具有熔点差或强度差的材料。

在另一优选例中，所述凹陷结构为盲孔或通孔。

在另一优选例中，所述通孔为圆柱形，直径为0.5mm～10mm。

在另一优选例中，所述低熔点与高熔点工件的厚度为0.3mm～6.0mm，优选地0.5mm-3.0mm。

在另一优选例中，所述凹陷结构的深度范围为高熔点工件厚度的5％-100％。

在另一优选例中，凹陷可以通过机械加工、熔化加工、冲压、螺纹加工等冷加工或热加工等单个或多个加工方式形成。

在另一优选例中，所述钢工件为裸露的或是带有镀层金属的，基体金属为低碳钢、无间隙原子钢、双相钢、多相钢、孪晶诱导钢、冷成型钢或热成型钢。

在另一优选例中，所述铝合金工件为变形铝合金、铸造铝合金，镁合金为变形镁合金及铸造镁合金。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

本发明的有益效果是：本发明通过在高熔点工件表面设置凹陷结构，使得在进行电阻点焊时高熔点工件与低熔点工件接触面积不同，改变温度场和应力场的分布，使温度集中于低熔点工件与高熔点工件两侧，并驱使熔化的低熔点熔核向高熔点工件的凹陷处运动，减少气孔等缺陷，从而形成更大的结合面，而且结合界面是均匀分布，不是沿搭接面的方向，并且由于温度场和应力场的更均匀分布，有利于抑制脆性的金属间化合物的生长，从而提高接头强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。

图1为本发明第1实施例的电阻点焊示意图。

图2为钢工件上凹陷结构为圆柱形时的截面图。

图3为凹陷结构截面形状是螺纹时的截面图。

图4为钢工件上凹陷结构为盲孔时是我示意图。

图5为本发明第2实施例的电阻点焊示意图。

图6采用本发明方法所得的焊点截面图。

图7未采用本发明方法所得的焊点截面图。

图8为图6中e位置处的放大图。

附图标记，1-钢工件；2-凹陷结构；3-铝或铝合金工件；4-第一焊接电极； 5-第二焊接电极；6-焊点铝熔核；7-熔核内部缺陷；8-铝与钢焊接结合面；9- 自锁结构结合面；h-凹陷深度；d-凹陷结构为圆柱形时的直径范围。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量试验，发现了通过在高熔点工件上设置凹陷结构后再进行电阻点焊异种金属的方法可以很好地避免通常情况下异质工件电阻点焊焊接缺陷多、焊接强度低的问题，大幅提高接头强度，得到更好的焊点，在此基础上完成了本发明。

本发明焊接异性材料的工序为：焊接时首先将低熔点工件与具有凹陷结构的高熔点工件以一定的方式搭接在一起，然后使电阻点焊机的第一焊接电极与第二焊接电极与两种工件进行接触，开启电阻点焊机使两种工件焊接在一起。

术语

如本文所用，术语“凹陷结构”是指在工件表面制作低于原工件表面的盲孔或通孔，“工件”在说明书中广泛地指片材金属层、铸件、挤压件或能电阻点焊的其他任何结构件。术语“大约”表示在本领域中通常可接受的制造过程中的公差范围内。“高熔点工件”在文中代表高熔点或高强度工件，“低熔点工件”在文中代表低熔点或低强度工件，由于某些异种金属在熔点相近但强度相差较大时(例如铝合金与镁合金)，使用本发明方法均可具有同样的效果，所以文中“熔点差”的金属材料代表“熔点差”或“强度差”，“高熔点工件”在文中代表高熔点或高强度工件，“低熔点工件”在文中代表低熔点或低强度工件，在此声明，不在赘述。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在该说明书中提供的数值范围意在包括其端部极限数值，另外，虽然本发明描述的是用在车身部件的结构中，但是详细的方法和组件也可适用于其他领域，例如工业设备、航空航天等领域。

实施例1

如图1所示为使用本发明方法焊接具有凹陷结构的钢工件与铝或铝合金工件的示意图，图1(a)为具有凹陷结构的钢工件的截面图，其中1为钢工件， 2为凹陷结构；图1(b)为钢工件与铝或铝合金工件搭接在一起的截面图，其中3为铝或铝合金工件；图1(c)为对搭接在一起的组合件通过第一焊接电极和第二焊接电极执行点焊操作的截面图，其中4为第一焊接电极，5为第二焊接电极；图1(d)为焊接完成后的焊点截面示意图，其中6为熔核。

采用本发明方法焊接钢工件1与铝或铝合金3工件具体包括以下步骤：

(1)提供铝或铝合金工件3与具有凹陷结构的钢工件1；

(2)将钢工件1与铝或铝合金工件3搭接在一起，其中钢工件1具有凹陷结构2的表面与铝或铝合金工件3表面相接触；

(3)对搭接的工件通过电阻点焊机的第一焊接电极4和第二焊接电极5 进行一个或多个独立的电阻点焊，焊点位于钢工件1的凹陷位置处。

在另一优选例中，所述钢工件1与铝或铝合金工件3的厚度为0.3mm-6.0mm，优选地0.5mm-3.0mm。

需要说明的是，钢工件1表面的凹陷结构可以为盲孔也可以为通孔，当凹陷结构2为通孔时，通孔的形状优选地为圆柱形(图2)或长方体；当凹陷结构2为盲孔时，其顶部形状优选地为圆柱形或长方体，其底部形状优选地为锥形或弧形，此处所说的底部形状指的是没有贯穿钢工件1表面的一侧的盲孔的形状，顶部形状指的是贯穿钢工件1表面的一侧的盲孔的形状。凹陷结构2的截面形状是由多条直线或曲线组合而成的形状，可以为也可以为内螺纹形状 (图3)。

在另一优选例中，凹陷结构2的加工深度h范围为5％-100％钢工件1的厚度，当凹陷结构为圆柱形时，直径d为0.5mm-10mm，优选地为1mm-8mm(图4)。

在另一优选例中，钢工件1为有镀层钢，镀层钢的镀层优选地为锌或铝镀层，镀层钢的基体金属优选地为低碳钢、无间隙原子钢、双相钢、多相钢、孪晶诱导钢、冷成型钢和热成型钢；铝工件3包含变形铝合金或铸造铝合金以及表面有或无涂层的铝合金基板，例如铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金、铝锌合金、铝铜合金等铝合金。而且其材料状态可以包括各种回火，退火、应变强化、固溶强化等状态。一般地，钢工件1和铝工件3之间可包括广泛应用于电阻点焊的粘结剂和密封剂。

第一焊接电极4和第二焊接电极5是在电阻点焊过程中广泛应用的电极；可以由任何导电和导热材料制成，例如可由铜合金制成，包括铜铬(CuCr)合金、铜铬锆(CuCrZr)合金，添加氧化铝颗粒的铜合金或其他各种的可用作电极材料的铜合金；第一焊接电极4和第二焊接电极5形状结构可以相同或不同。

需要说明的是钢工件1也可以为无镀层钢，钢工件1上加工凹陷结构的方法可以包括一个或多个工序，可以通过包括但不限于机械加工、熔化加工、冲压、螺纹加工等冷加工或热加工的方式得到。

实施例2

本实施例与实施例1类似，与之不同的是钢工件1的表面凹陷结构2与第一焊接电极4相接触。

实施例3

图6所示为将厚度为1.2mm，表面具有凹陷结构的DP590钢1与厚度为2mm 的5182-O铝合金3搭接在一起后，使用电阻点焊机将两者焊接在一起后的截面形貌图，焊点部分位于凹陷结构部分，其中凹陷结构为直径为3mm的圆柱形通孔，通孔的内部带有螺纹结构。

比较例

本实施例与实施例3类似，与之不同的是钢工件表面无凹陷结构，使用电阻点焊机将钢工件与铝合金焊接在一起后的截面形貌图如图7所示。

由图6、图7可看出，钢工件表面无凹陷结构时，钢与铝的结合界面8基本沿水平方向与基板方向水平，且内部出现了明显的焊接缺陷7；而当钢工件中心有螺纹通孔时，焊点截面基本无明显的焊接缺陷，且铝与钢结合界面处8 不只是沿水平方向，在竖直方向螺纹处还形成了自锁式的结构(如图8所示自锁处e的放大图像)，9为自锁结构结合面有金属间化合物的产生厚度约为2 μm，其已经形成了完全的结合。

由对比试验可看出，使用本发明方法焊接钢与铝工件时可充分抑制铝与钢电阻点焊时界面处缺陷的产生，并大幅提高焊点强度。

需要说明的是本实施例采用的参数是发明人一个试验的时候选取的参数，发明人经过反复试验证明选取本发明保护范围内的参数也可以达到同样的效果。

另外以上实施例是以钢与铝合金为例来阐述本发明的使用方法，对于其他熔点不同的金属同样适用本发明方法。

尽管本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做出的种种的等效的变化或替换，均属于本发明保护的范围。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。