本發(fā)明涉及一種鋁及鋁合金與鋼及鋼結(jié)構(gòu)的電阻焊焊接方法，屬于材料工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，汽車車身外殼絕大部分是金屬材料，主要用鋼板材料，為了提高汽車行駛的經(jīng)濟(jì)性，減輕汽車重量是世界各大車廠的目標(biāo)。汽車的輕量化是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實(shí)驗(yàn)證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會(huì)降低將近一半。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。目前工業(yè)應(yīng)用中，鋼鋁的連接多采用鉚接，螺栓連接等機(jī)械連接方法，這種接頭質(zhì)量大，主要應(yīng)用于搭接接頭。也可以采用固相焊接，例如爆炸焊或擴(kuò)散焊等，但這些方法主要應(yīng)用于厚板的連接，難以利用于汽車使用的薄板中。

電阻焊是當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，由于電阻產(chǎn)生熱量，當(dāng)電流不變時(shí)，電阻愈大，產(chǎn)生的熱量愈多。當(dāng)兩塊金屬相接觸時(shí)，接觸處的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬內(nèi)部的電阻。因此，如有大量電流通過接觸處，則其附近的金屬將很快地?zé)郊t熱并獲得高的塑性。這時(shí)如施加壓力，兩塊金屬即會(huì)聯(lián)接成一體。通常不需要焊條、焊絲、焊劑、保護(hù)氣體等焊接材料，焊接成本低。點(diǎn)焊是將焊件壓緊在兩個(gè)柱狀電極之間，通電加熱，使焊件在接觸處熔化形成熔核，然后斷電，并在壓力下凝固結(jié)晶，形成組織致密的焊點(diǎn)。點(diǎn)焊廣泛用于汽車、飛機(jī)、電子、儀表和日常生活用品的生產(chǎn)。

由于鋁及鋁合金與鋼的電阻率、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)等熱物理性能差異很大，且兩者之間的固溶度較低，容易在界面生成脆性的反應(yīng)層，它們之間的焊接難度較大。為此，許多學(xué)者對(duì)鋁鋼之間的連接進(jìn)行了詳細(xì)的研究。嘗試了多種的焊接工藝方法，雖然較大地提高了接頭性能，但尚未達(dá)到大范圍使用的層面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種鋁及鋁合金與鋼及鋼結(jié)構(gòu)的電阻焊焊接方法，該焊接方法使鋁鋼不直接焊接以避免鋁鋼界面反應(yīng)，焊接后的產(chǎn)品綜合性能好，并且焊接過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。

本發(fā)明所述的鋁及鋁合金與鋼及鋼結(jié)構(gòu)的電阻焊焊接方法，具體包括以下步驟，

步驟一，材料準(zhǔn)備，任意平面的鋁及鋁合金、任意平面的鋼及鋼結(jié)構(gòu)和鋁鋼過渡焊塊；

步驟二，焊前準(zhǔn)備，將各焊接面打磨干凈；

步驟三，在鋼及鋼結(jié)構(gòu)和鋁鋼過渡焊塊的鋼部分進(jìn)行電阻焊點(diǎn)焊，使鋼及鋼結(jié)構(gòu)和鋁鋼過渡焊塊的鋼部分之間形成鋼和鋼熔固焊點(diǎn)；

步驟四，將鋁及鋁合金放在已固定鋁鋼過渡焊塊的鋁部分位置，通過電阻焊點(diǎn)焊將鋁及鋁合金和鋁鋼過渡焊塊的鋁部分固定，鋁及鋁合金和鋁鋼過渡焊塊的鋁部分之間形成鋁和鋁熔固焊點(diǎn)。

所述的鋁鋼過渡焊塊的生產(chǎn)方法具體包括以下步驟，

步驟一，材料準(zhǔn)備：橫截面為正方形的鋁方桿，切割成固定長(zhǎng)度，并且一端加工倒角；鑄造生產(chǎn)端面為正多邊形的鑄鋼件，鑄鋼件的一面進(jìn)行初加工，切除鑄造毛邊，表面粗糙度達(dá)到規(guī)定要求；

步驟二，將鋁方桿和鑄鋼件進(jìn)行上料加持，鋁方桿加持在水平移動(dòng)夾具上，鑄鋼件加持在旋轉(zhuǎn)夾具上，并且保證鋁方桿和鑄鋼件處于同一軸線上；

步驟三，利用專業(yè)摩擦焊機(jī)，鋁方桿帶有倒角的一端持續(xù)向旋轉(zhuǎn)的鑄鋼件進(jìn)給，鑄鋼件的旋轉(zhuǎn)速度是固定的；當(dāng)鋁方桿與鑄鋼件摩擦到達(dá)一定溫度時(shí)，進(jìn)入頂鍛過程；

步驟四，停止為鑄鋼件提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，跟進(jìn)的鋁方桿水平快速進(jìn)給，旋轉(zhuǎn)的鑄鋼件在摩擦力的作用下轉(zhuǎn)速逐漸降為零，實(shí)現(xiàn)剎車制動(dòng)，此時(shí)頂鍛壓力維持在一定數(shù)值，并且維持一定的時(shí)間，時(shí)間到達(dá)要求后焊接過程結(jié)束；

步驟五，取下焊接成品件，完成過渡焊塊的焊接。

優(yōu)選的，所述的鋁方桿橫截面的正方形邊長(zhǎng)為130mm-180mm，固定長(zhǎng)度范圍為100mm-300mm。

優(yōu)選的，所述的鑄鋼件的端面為正八邊形，內(nèi)切圓直徑為183mm-255mm，并且鑄鋼件的厚度為40-90mm。

優(yōu)選的，所述的鑄鋼件的表面粗糙度為ra6.3-ra0.8。

優(yōu)選的，所述的鑄鋼件的旋轉(zhuǎn)速度為70r/min-350r/min。

優(yōu)選的，所述的鋁方桿與鑄鋼件摩擦達(dá)到的溫度為180℃-400℃。

優(yōu)選的，所述的頂鍛維持的壓力值為1200kn-4400kn。

優(yōu)選的，所述的頂鍛壓力維持的時(shí)間為7s-36s。

優(yōu)選的，所述的鋁鋼過渡焊塊的生產(chǎn)方法的步驟三和步驟四中的鋁方桿的進(jìn)給速度為0.5mm/s-5mm/s。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果是：

本發(fā)明所述的焊接方法所生產(chǎn)的鋁鋼板抗拉性能和抗剪性能均較高，并且焊接位置屬于同種材料焊接，性能穩(wěn)定，符合如汽車車身外殼材料等的要求；操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，可以大規(guī)模流水線生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1鋁及鋁合金與鋼及鋼結(jié)構(gòu)的焊接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2生產(chǎn)鋁鋼過渡焊塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3焊塊拉伸試驗(yàn)結(jié)果示意圖；

圖4焊塊接縫示意圖。

圖中：1、鋼及鋼結(jié)構(gòu)；2、鋁及鋁合金；3、鋁和鋁熔固焊點(diǎn)；4、鋁鋼過渡焊塊；5、鋼和鋼熔固焊點(diǎn)；6、鑄鋼件；7、鋁方桿；8、水平移動(dòng)夾具；9、旋轉(zhuǎn)夾具；a、頂鍛頂進(jìn)方向；b、拉伸前；c、室溫下拉伸；d、315℃下拉伸；e、365℃下拉伸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

如圖1和圖2，本發(fā)明所述的鋁及鋁合金與鋼及鋼結(jié)構(gòu)的電阻焊焊接方法，具體包括以下步驟：

步驟一，材料準(zhǔn)備，任意平面的鋁及鋁合金2、任意平面的鋼及鋼結(jié)構(gòu)1和鋁鋼過渡焊塊4；

步驟二，焊前準(zhǔn)備，將各焊接面打磨干凈；

步驟三，在鋼及鋼結(jié)構(gòu)1和鋁鋼過渡焊塊4的鋼部分進(jìn)行電阻焊點(diǎn)焊，使鋼及鋼結(jié)構(gòu)1和鋁鋼過渡焊塊4的鋼部分之間形成鋼和鋼熔固焊點(diǎn)5；

步驟四，將鋁及鋁合金2放在已固定鋁鋼過渡焊塊4的鋁部分位置，通過電阻焊點(diǎn)焊將鋁及鋁合金2和鋁鋼過渡焊塊4的鋁部分固定，鋁及鋁合金2和鋁鋼過渡焊塊4的鋁部分之間形成鋁和鋁熔固焊點(diǎn)3。

所述的鋁鋼過渡焊塊4的生產(chǎn)方法具體包括以下步驟：

步驟一，材料準(zhǔn)備：橫截面為正方形的鋁方桿7，切割成固定長(zhǎng)度，并且一端加工倒角；鑄造生產(chǎn)端面為正多邊形的鑄鋼件6，鑄鋼件6的一面進(jìn)行初加工，切除鑄造毛邊，表面粗糙度達(dá)到規(guī)定要求；

步驟二，將鋁方桿7和鑄鋼件6進(jìn)行上料加持，鋁方桿7加持在水平移動(dòng)夾具8上，鑄鋼件6加持在旋轉(zhuǎn)夾具9上，并且保證鋁方桿7和鑄鋼件6處于同一軸線上；

步驟三，利用專業(yè)摩擦焊機(jī)，鋁方桿7帶有倒角的一端持續(xù)向旋轉(zhuǎn)的鑄鋼件6進(jìn)給，進(jìn)給速度為5mm/s，鑄鋼件6的旋轉(zhuǎn)速度是固定的；當(dāng)鋁方桿7與鑄鋼件6摩擦到達(dá)一定溫度時(shí)，進(jìn)入頂鍛過程；

步驟四，停止為鑄鋼件6提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，沿頂鍛頂進(jìn)方向a，跟進(jìn)的鋁方桿7水平快速進(jìn)給，進(jìn)給速度為5mm/s，旋轉(zhuǎn)的鑄鋼件6在摩擦力的作用下轉(zhuǎn)速逐漸降為零，實(shí)現(xiàn)剎車制動(dòng)，此時(shí)頂鍛壓力維持在一定數(shù)值，并且維持一定的時(shí)間，時(shí)間到達(dá)要求后焊接過程結(jié)束；

步驟五，取下焊接成品件，完成過渡焊塊的焊接。

本實(shí)施例中：鋁方桿7橫截面的正方形邊長(zhǎng)為130mm，固定長(zhǎng)度為150mm；鑄鋼件6的端面為正八邊形，內(nèi)切圓直徑為183mm，并且鑄鋼件6的厚度為70mm，表面粗糙度為ra4，鑄鋼件6的旋轉(zhuǎn)速度為200r/min；鋁方桿7與鑄鋼件6摩擦達(dá)到的溫度為250℃，開始進(jìn)入頂鍛過程，頂鍛壓力為3000kn，并且維持16s。

本發(fā)明所述的鋁鋼過渡焊塊4具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，拉伸前b與室溫下拉伸c、315℃下拉伸d、365℃下拉伸e形成對(duì)比，三種溫度下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，該鋁鋼過渡焊塊4斷裂的位置均在焊塊的鋁質(zhì)母材部分而非焊接位置，如圖3；并且焊塊的焊接接縫位置成型連續(xù)、均勻，沒有飛邊，如圖4。

本發(fā)明所述的焊接方法，保證鋁鋼不直接焊接，從而避免鋁鋼界面反應(yīng)，而是采用與兩母材具有相同固溶度和具有相當(dāng)強(qiáng)度，且能滿足接合要求的鋁鋼過渡焊塊4作為中間過渡層，較好地改善了焊接頭的性能，實(shí)現(xiàn)了鋼鋁異種金屬的輕松焊接，并且焊接頭具有較高抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。