專利名稱：一種新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬焊接方法，具體涉及一種新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于鋁、鎂等輕合金材料的密度遠(yuǎn)小于鋼材而受到各大汽車生產(chǎn)廠商的青睞，然而優(yōu)質(zhì)鋼材的總體力學(xué)性能畢竟仍然優(yōu)于輕合金材料，因此采用輕合金與優(yōu)質(zhì)鋼材的先進(jìn)異種材料連接的結(jié)構(gòu)成為汽車輕量化的首選方案，這就涉及到輕合金與鋼之間的異種連接。因?yàn)殇X、鋼兩種材料的熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電率以及導(dǎo)熱率等性能差異巨大以及熔焊時(shí)易形成硬脆相——金屬間化合物，所以難以形成性能良好的焊接接頭。針對(duì)上述問題，國外提出了一種使用鉚釘與板料之間形成牢固互鎖的機(jī)械冷成形工藝——半空心鉚釘自沖鉚接，該方法有效地避免了異種材料熔化焊時(shí)存在的問題。然而鉚接鑄造鋁合金和鎂合金等低延展率輕合金材料時(shí)接頭容易產(chǎn)生裂紋甚至脆裂；而在鉚接鋼材時(shí)，尤其是先進(jìn)高強(qiáng)鋼材時(shí)，由于鋼材強(qiáng)度高變形困難，需要較大的鉚接力，一方面需要增加鉚釘強(qiáng)度以免鉚釘發(fā)生墩粗和開裂，另一方面對(duì)設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)也提出了更高的要求，因此增加了車身的連接成本。采用激光焊接鋁合金與鋼材能夠有效地控制金屬間化合物的厚度，接頭強(qiáng)度容易滿足要求，但是需要嚴(yán)格控制激光束的能量和板件間隙，導(dǎo)致工藝成本非常高。攪拌摩擦焊具有較低的能量輸入、較小的變形等優(yōu)點(diǎn)，比較適于焊接鋁材。 但是采用這種方法時(shí)，接頭的形狀受到很大的限制，對(duì)于形狀復(fù)雜的汽車車身，難以通過夾具保證薄板零件之間的裝配精度，從而大大限制了攪拌摩擦焊在汽車車身中的應(yīng)用。膠粘連接法具有良好的疲勞特性以及柔韌性，可以與鉚接等連接方式復(fù)合使用以實(shí)現(xiàn)同種或異種材料的連接。然而異種材料間熱膨脹系數(shù)差異巨大，在高溫固化過程中會(huì)產(chǎn)生較大變形， 膠接大變形不僅會(huì)影響車身的裝配尺寸精度，而且也會(huì)影響連接的強(qiáng)度。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有專利技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)《基于體積成形釬料的輕金屬與裸鋼板點(diǎn)焊方法》(申請(qǐng)?zhí)?01110058077.0)以及《輕金屬與鍍層鋼板的異種金屬點(diǎn)焊系統(tǒng)及其焊接方法》(申請(qǐng)?zhí)?01010613175. 1)，這兩件專利基于Fronius公司提出的一種冷金屬過渡(Cold Metal Transfer，簡稱CMT)的電弧焊工藝系統(tǒng)，其通過熔釬焊方法分別實(shí)現(xiàn)了鋁板與裸鋼板、鋁板與鍍鋅鋼板之間的點(diǎn)焊連接。兩種方法都是焊槍定位在上層輕金屬板孔洞的中心處進(jìn)行焊接，因而焊接熱量集中，過多的熱量輸入使得鐵鋁金屬間化合物的厚度難以控制，并且焊接過程不穩(wěn)定，在焊接厚板時(shí)該現(xiàn)象尤為明顯，接頭缺陷大、強(qiáng)度難以顯著提高。此外，前一種方法在釬料擠壓成型過程中也存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法， 以克服焊點(diǎn)能量過于集中的缺點(diǎn)，對(duì)于輕金屬，通過點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)輕金屬之間的熔化連接，對(duì)于輕金屬與鋼，通過熔化輕金屬并與接觸的鍍層鋼板實(shí)現(xiàn)釬焊連接，從而提高接頭的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，解決連續(xù)縫焊使接頭產(chǎn)生嚴(yán)重變形的問題。本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)上述方法的電弧焊系統(tǒng)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法包括電弧焊系統(tǒng)、焊絲、帶孔輕金屬板、下層輕金屬板或鍍層鋼板、氣瓶、機(jī)器人控制模塊、機(jī)器人和夾緊裝置，其中電弧焊系統(tǒng)與機(jī)器人控制模塊相連并傳輸焊接控制信號(hào)，氣瓶與電弧焊系統(tǒng)連通，機(jī)器人控制模塊與機(jī)器人相連，傳輸機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。所述的電弧焊系統(tǒng)包括焊槍、送絲機(jī)、主機(jī)電源和冷卻液箱，其中焊槍分別與送絲機(jī)、主機(jī)電源以及冷卻液箱相連，且焊槍固定設(shè)置于機(jī)器人的端部，送絲機(jī)與主機(jī)電源相連并接收控制指令，冷卻液箱與主機(jī)電源相連接并接收控制指令并與電弧焊系統(tǒng)相連接，在焊接過程中冷卻電弧焊系統(tǒng)，主機(jī)電源與機(jī)器人控制模塊相連以傳輸焊接過程中的輸入輸出信號(hào)。所述的電弧焊系統(tǒng)，其可以具有標(biāo)準(zhǔn)電弧、脈沖電弧，以及冷金屬過渡(CMT)電弧三種電弧模式。所述的焊絲為適合焊接的普通焊絲或擁有鍍層的焊絲。所述的帶孔輕金屬板上設(shè)有一個(gè)為圓柱形或圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)的工藝孔。所述的鍍層鋼板，其基體金屬為低碳鋼、高強(qiáng)鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼或超高強(qiáng)鋼等，鍍層鋼板上的鍍層為鋅、錫、銅或鎳基合金鍍層，鍍層厚度為5-30微米；所述的氣瓶內(nèi)裝保護(hù)氣體，為焊接過程提供惰性保護(hù)氣氛；所述的機(jī)器人為擁有六個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的工業(yè)機(jī)械臂，承重能力和工作半徑滿足電弧焊要求，在焊接過程中帶動(dòng)裝在第六軸的焊槍，使其精確定位輕金屬板工藝孔的中心位置。本發(fā)明具體工作過程如下1)根據(jù)工藝需求，預(yù)先在輕金屬板上打出一定數(shù)量的工藝孔，該工藝孔為圓柱形或圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)；2)將帶孔輕金屬板重疊放置于下層金屬板之上，兩板之間相接觸或者留有一定間隙，并通過夾緊裝置夾緊；3)所述機(jī)器人帶動(dòng)焊槍運(yùn)動(dòng)并使焊槍中的焊絲與輕金屬板面垂直且對(duì)準(zhǔn)該輕金屬板的工藝孔的邊緣一點(diǎn)；4)所述機(jī)器人控制模塊向電弧焊主機(jī)電源發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)并打開氣瓶預(yù)先通保護(hù)氣體，在所述工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍；5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，所述焊槍在電弧焊主機(jī)電源的控制下根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接模式、焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電??；6)在按照起弧電流引燃電弧保持預(yù)定的時(shí)間后，所述機(jī)器人按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍圍繞所述工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接，同時(shí)電弧熱熔化孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層輕金屬板的熔化焊接，并與下層的金屬板實(shí)現(xiàn)釬焊；7)在機(jī)器人帶動(dòng)焊槍圍繞所述工藝孔繞行一圈或多圈后，所述焊槍在工藝孔的邊緣或者移動(dòng)至工藝孔的中心停止運(yùn)動(dòng)，電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間后熄滅，并繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體以防止接頭氧化；
8)機(jī)器人帶動(dòng)焊槍運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)預(yù)置工藝孔位置，完成步驟幻至步驟7)，實(shí)現(xiàn)其余點(diǎn)的熔釬點(diǎn)焊連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用焊槍圍繞工藝孔做圓周運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)式焊接，過程中焊絲熔化填滿工藝孔，同時(shí)電弧熱熔化孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層輕金屬板的熔化焊接，并與下層的鍍鋅鋼板實(shí)現(xiàn)釬焊，因而避免了孔中心的能量過于集中而形成母材熱變形不均，實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)中能量的均勻分布。能量的均布有利于大大降低鋁鋼界面上形成的脆性金屬間化合物的厚度和均勻性，從而提高了接頭的強(qiáng)度等力學(xué)性能和穩(wěn)定性。 本發(fā)明所述電弧點(diǎn)焊方法大大降低了因兩種材料熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的變形對(duì)接頭質(zhì)量的影響，同時(shí)具有成本非常低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)傳統(tǒng)的基于電阻點(diǎn)焊工藝的車身零部件接頭設(shè)計(jì)沒有影響，易于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明的方法流程圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施狀態(tài)示意圖。圖3為本發(fā)明的電弧焊系統(tǒng)示意圖。圖4為本發(fā)明的工作過程示意圖。圖5為本發(fā)明的工藝過程參數(shù)曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，請(qǐng)參閱圖2，采用電弧焊系統(tǒng)1對(duì)輕金屬板3與下層金屬板4進(jìn)行焊接，該電弧焊系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)電弧、脈沖電弧以及冷金屬過渡電弧三種電弧模式。再請(qǐng)參閱圖3，所述電弧焊系統(tǒng)包括電弧焊主機(jī)系統(tǒng)1、氣瓶5、機(jī)器人7、機(jī)器人控制模塊6和夾緊裝置8。所述輕金屬板3與下層金屬板4固定于夾緊裝置8上。所述電弧焊系統(tǒng)1與機(jī)器人控制模塊6相連并傳輸焊接控制信號(hào)，該機(jī)器人控制模塊6與機(jī)器人7相連，并且傳輸機(jī)器人7運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。所述機(jī)器人7為擁有六個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的工業(yè)機(jī)械臂。所述氣瓶5與電弧焊系統(tǒng)1連通，該氣瓶5內(nèi)部裝有保護(hù)氣體，為焊接過程提供保護(hù)氣氛。所述電弧焊系統(tǒng)1包括焊槍9、送絲機(jī)10、焊絲2、主機(jī)電源11和冷卻液箱12。其中， 所述焊槍9固定設(shè)置于機(jī)器人7的端部，并且分別與送絲機(jī)10、主機(jī)電源11以及冷卻液箱 12相連。所述送絲機(jī)10與主機(jī)電源11相連，并接收主機(jī)電源11的控制指令由之控制。所述焊絲2為普通焊絲或擁有鍍層的焊絲，其位于送絲機(jī)10內(nèi)并通入焊槍9，通過焊槍9起弧熔化后作為填充金屬滴入帶孔輕金屬板3的工藝孔中，與母材熔合形成接頭。所述冷卻液箱12與電弧焊主機(jī)系統(tǒng)1相連接，并在焊接過程中冷卻電弧焊主機(jī)系統(tǒng)1，該冷卻液箱12 與主機(jī)電源11相連接，并由主機(jī)電源11提供電源和控制指令。所述主機(jī)電源11與機(jī)器人控制模塊6相連以傳輸焊接過程中的輸入、輸出信號(hào)。本發(fā)明電弧點(diǎn)焊方法一般包括以下步驟1)根據(jù)工藝需求，預(yù)先在輕金屬板3上打出一定數(shù)量的工藝孔，該工藝孔為圓柱形或圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)；2)將帶孔輕金屬板3重疊放置于鍍鋅鋼板4之上并通過夾緊裝置8夾緊；該鍍鋅鋼板4為鍍層鍍鋅鋼板或裸鍍鋅鋼板，其基體金屬為低碳鋼、高強(qiáng)鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼或超高強(qiáng)鋼，該鍍層鍍鋅鋼板上的鍍層為鋅、錫、銅或鎳基合金鍍層，鍍層厚度為5-30微米；3)所述機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)并使焊槍9中的焊絲2與輕金屬板3板面垂直且對(duì)準(zhǔn)該輕金屬板3的工藝孔的邊緣一點(diǎn)；4)所述機(jī)器人控制模塊6向電弧焊主機(jī)電源11發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)并打開氣瓶5預(yù)先通保護(hù)氣體，在所述工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍；5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，所述焊槍9在電弧焊主機(jī)電源11的控制下根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接模式、焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電??；6)在按照起弧電流引燃電弧保持預(yù)定的時(shí)間后，所述機(jī)器人7按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊6中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍9圍繞所述工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行釬焊焊接；7)在機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9圍繞所述工藝孔繞行一圈或多圈后，所述焊槍9在工藝孔的邊緣或者移動(dòng)至工藝孔的中心停止運(yùn)動(dòng)，電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間后熄滅，并繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體以防止接頭氧化；8)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)預(yù)置工藝孔位置，完成步驟幻至步驟7)，實(shí)現(xiàn)其余點(diǎn)的熔釬點(diǎn)焊連接。下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。以下實(shí)施例均采用上述電弧焊系統(tǒng)進(jìn)行焊接，工藝過程中除所涉及工況工藝參數(shù)外的一般操作步驟也如上述電弧點(diǎn)焊方法所述。實(shí)施例1所述的電弧焊系統(tǒng)1在本實(shí)施例中采用冷金屬過渡(CMT)電弧模式；所焊接對(duì)象的上層輕金屬板3為鋁合金AA6061-T6，下層金屬板4為鍍鋅雙相鋼板DP590，板件厚度匹配lmm+1. 2mm，鋁合金板3用機(jī)械打磨方式去除表面的氧化層，用丙酮試劑去除金屬板表面的油污；所用焊絲2的材料為AlSi5，直徑為1.2mm。所述的機(jī)器人7為工業(yè)機(jī)械臂，承重能力為^g，擁有六個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，工作半徑為1444mm，在焊接過程中帶動(dòng)裝在第六軸的焊槍9，使其精確定位于金屬板3工藝孔的中心位置；所述氣瓶5內(nèi)裝有氬氣作為保護(hù)氣體。本實(shí)施例中焊接的工藝參數(shù)為焊接電流76A，電壓12. 3V，送絲速度4. 2m/min，弧長修正0%，焊絲回抽頻率70Hz，焊接速度30mm/s，保護(hù)氣體氬氣的流量20L/min。本實(shí)施例工藝過程如圖4(a) (j)及圖5所示1)預(yù)先在鋁合金板3上打出直徑為6. 5mm的圓柱形工藝孔。2)將鋁合金板3重疊放置于鍍鋅鋼板4之上并通過夾緊裝置8夾緊，上下金屬板之間相接觸；3)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)，使焊槍9中的焊絲2與鋁合金板3板面垂直并且對(duì)準(zhǔn)該鋁合金板3的工藝孔的邊緣一點(diǎn)。4)機(jī)器人控制模塊6向電弧焊主機(jī)電源11發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)，并且打開氣瓶5預(yù)先通保護(hù)氣體，在帶孔鋁合金板3的工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍。
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5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間(對(duì)應(yīng)于圖5中的c段，時(shí)間為0. Is)后，焊槍9在弧焊主機(jī)電源11控制下以CMT焊接電弧模式根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧。6)在按照起弧電流(大小為焊接電流的130% )引燃電弧保持一定時(shí)間(圖5中的d段)后，電流經(jīng)衰減至焊接電流；機(jī)器人7按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊6中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接；焊絲2熔化填充工藝孔，同時(shí)電弧熱熔化孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層鋁板3的熔化焊接，并與下層的鍍鋅鋼板4實(shí)現(xiàn)釬焊。7)在機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔繞行一圈或多圈后，焊槍9在工藝孔的中心停止運(yùn)動(dòng)(圖5中的e——h段)，焊接電流經(jīng)衰減至熄弧電流(大小為焊接電流的20% )， 電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間(圖5中的i段)后熄滅，此時(shí)工藝孔被完全填滿，繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體(圖5中的j段，時(shí)間為0. 5s)以防止接頭氧化。在該焊接參數(shù)條件下焊接，所述電弧點(diǎn)焊方法獲得了良好的焊接接頭。接頭形貌平整對(duì)稱，無飛濺，氣孔、裂紋等焊接缺陷少。焊后采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸測試，接頭拉剪強(qiáng)度最高可以達(dá)到3. 127KN。而自沖鉚接工藝(SPR)采用同樣材料和板厚，測試結(jié)果拉剪強(qiáng)度最高為2. 704KN,因此該電弧點(diǎn)焊方法可達(dá)到較高的接頭強(qiáng)度，同時(shí)鍍鋅鋼板4背面的鍍鋅層無燒損，保持了鋼板的防腐蝕性能。實(shí)施例2所述的電弧焊系統(tǒng)1在本實(shí)施例中采用冷金屬過渡(CMT)電弧模式；所焊接對(duì)象的上層輕金屬板3為ABlB鎂合金，下層鍍鋅鋼板4為鍍鋅雙相鋼DP780，板件厚度匹配 1. 2mm+l. 6mm，鎂合金板3用鋼絲刷去除表面的氧化層，用丙酮試劑去除金屬板表面的油污；所用焊絲2的材料為AZ31鎂合金焊絲，直徑為1. 2mm ；所述的機(jī)器人7為工業(yè)機(jī)械臂， 承重能力為^g，擁有六個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，工作半徑為1444mm，在焊接過程中帶動(dòng)裝在第六軸的焊槍9，使其精確定位于輕金屬板3工藝孔的中心位置；所述氣瓶5內(nèi)裝有氬氣作為保護(hù)氣體。本實(shí)施例中焊接的工藝參數(shù)為焊接電流80A，電壓12V，送絲速度4. 4m/min，弧長修正0%，焊絲回抽頻率70Hz，焊接速度lOmm/s，保護(hù)氣體氬氣的流量為20L/min。本實(shí)施例工藝過程如圖4(a) (j)及圖5所示1)預(yù)先在鎂合金板3上打出若干直徑為7mm的圓柱形工藝孔，孔與孔之間的中心距為20mm。2)將鎂合金板3重疊放置于下層鍍鋅鋼板4之上并通過夾緊裝置8夾緊，上下金屬板之間相接觸。3)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)，使焊槍9中的焊絲2與鎂合金板3板面垂直并且對(duì)準(zhǔn)帶孔鎂合金板3的工藝孔的邊緣一點(diǎn)。4)機(jī)器人控制模塊6向電弧焊主機(jī)電源11發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)，并且打開氣瓶5預(yù)先通保護(hù)氣體，在帶孔鎂合金板3的工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍。5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間(對(duì)應(yīng)于圖5中的c段，時(shí)間為0. Is)后，焊槍9在弧焊主機(jī)電源11控制下以CMT焊接電弧模式根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧。
6)在按照起弧電流(大小為焊接電流的135% )引燃電弧保持一定時(shí)間(圖5中的d段)后，電流經(jīng)衰減至焊接電流，機(jī)器人7按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊6中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接，焊絲2熔化填充工藝孔，同時(shí)電弧熱熔化工藝孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層鎂合金板3的熔化焊接，并與下層的鍍鋅鋼板4實(shí)現(xiàn)釬焊。7)在機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔繞行一圈或多圈后，焊槍9在工藝孔的邊緣停止運(yùn)動(dòng)(圖5中的e——h段)，焊接電流經(jīng)衰減至熄弧電流(大小為焊接電流的30% )， 電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間(圖5中的i段)后熄滅，此時(shí)工藝孔被完全填滿，繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體(圖5中的j段，時(shí)間為0. 5s)以防止接頭氧化。8)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)預(yù)置工藝孔的位置，完成步驟幻至步驟7)， 實(shí)現(xiàn)其余點(diǎn)的熔釬點(diǎn)焊連接。本實(shí)施例的其它實(shí)施方式與實(shí)施例1相同。在該工藝參數(shù)條件下，多點(diǎn)連續(xù)點(diǎn)焊接頭形貌平整美觀，工藝穩(wěn)定性好，無飛濺等焊接缺陷。焊后變形小，上、下兩層板件基本保持平整，與縫焊相比，無明顯彎曲。因此采用本發(fā)明所述電弧點(diǎn)焊方法可大大減小被連接工件的變形。實(shí)施例3本實(shí)施例的上層輕金屬板3為AA6061-T6鋁合金，下層輕金屬板4為ADlB鎂合金，板件厚度匹配3mm+3mm，鋁合金板3及鎂合金板4用機(jī)械打磨方式去除表面的氧化層， 用丙酮試劑去除金屬板表面的油污；所用焊絲2的材料為HS201純銅焊絲，直徑為1. 2mm,本實(shí)施例中焊接的工藝參數(shù)為焊接電流103A，電壓10. 6V，送絲速度4. 7m/min, 弧長修正0%，焊絲回抽頻率70Hz，焊接速度7. 5mm/s，保護(hù)氣體氬氣的流量18L/min。本實(shí)施例工藝過程如圖4(a) (j)及圖5所示1)預(yù)先在鋁合金板3上打出直徑為6. 5mm的圓柱形工藝孔。2)將鋁合金板3重疊放置于下層鎂合金板4之上并通過夾緊裝置8夾緊，上下金屬板之間相接觸。3)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)并使焊槍9中的焊絲2與鋁合金板3板面垂直且對(duì)準(zhǔn)帶孔鋁合金板3的工藝孔的邊緣一點(diǎn)。4)機(jī)器人控制模塊6向電弧焊主機(jī)電源11發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)并打開氣瓶5預(yù)先通保護(hù)氣體，在帶孔鋁合金板3的工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍。5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間(對(duì)應(yīng)于圖5中的c段，時(shí)間為0.3s)后，焊槍9在電弧焊主機(jī)電源11控制下以CMT焊接電弧模式根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧。6)在按照起弧電流(大小為焊接電流的130% )引燃電弧保持一定時(shí)間(圖5中的d段)后，電流經(jīng)衰減至焊接電流，機(jī)器人7按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊6中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接，焊絲2熔化填充工藝孔，同時(shí)電弧熱熔化工藝孔的邊界，實(shí)現(xiàn)上層鋁合金板3與下層鎂合金板4的熔化焊接。7)在機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔繞行一圈后，焊槍9在工藝孔的中心停止運(yùn)動(dòng)(圖5中的e——h段)，焊接電流經(jīng)衰減至熄弧電流(大小為焊接電流的50% )，電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間(圖5中的i段)后熄滅，此時(shí)工藝孔被完全填滿， 繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體(圖5中的j段，時(shí)間為0. 5s)以防止接頭氧化。本實(shí)施例的其它實(shí)施方式與實(shí)施例1相同。在該焊接參數(shù)條件下焊接，獲得了良好的輕金屬焊接接頭。接頭形貌平整無飛濺， 焊接缺陷少。焊后采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，接頭拉剪強(qiáng)度最高可以達(dá)到3. 2MPa。實(shí)施例4所述的電弧焊系統(tǒng)1在本實(shí)施例中采用脈沖電弧模式，脈沖頻率為25Hz ；所焊接對(duì)象的上層輕金屬板3及下層輕金屬板4都為鋁合金50581-H321，板件厚度匹配 6mm+6mm，鋁合金板3用機(jī)械打磨方式去除表面的氧化層，用丙酮試劑去除金屬板表面的油污；所用焊絲2的材料為5356鋁鎂焊絲，直徑為1. 2mm。本實(shí)施例中焊接的工藝參數(shù)為焊接電流200A，電壓18V，送絲速度6. 5m/min，弧長修正0%，焊絲回抽頻率70Hz，焊接速度為20mm/s，保護(hù)氣體氬氣的流量為20L/min。本實(shí)施例工藝過程如圖4(a) (j)及圖5所示1)預(yù)先在鋁合金板3上打出多個(gè)直徑為8mm的圓柱形工藝孔，孔與孔之間的中心距為20mm。2)將鋁合金板3重疊放置于下層鋁合金板4之上并通過夾緊裝置8夾緊，上下金屬板之間相接觸。3)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)并使焊槍9中的焊絲2與鋁合金板3板面垂直且對(duì)準(zhǔn)帶孔鋁合金板3的工藝孔的邊緣一點(diǎn)。4)機(jī)器人控制模塊6向電弧焊主機(jī)電源11發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)并打開氣瓶5預(yù)先通保護(hù)氣體，在帶孔鋁合金板3的工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍。5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間(對(duì)應(yīng)于圖5中的c段，時(shí)間為0. Is)后，焊槍9在弧焊主機(jī)電源11控制下以脈沖焊接電弧模式根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧。6)在按照起弧電流(大小為焊接電流的130% )引燃電弧保持一定時(shí)間(圖5中的d段)后，電流經(jīng)衰減至焊接電流，機(jī)器人7按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊6中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接，焊絲2熔化填充工藝孔，同時(shí)電弧熱熔化工藝孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層鋁板3與下層鋁板4 的釬焊焊接。7)在機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔繞行多圈后，焊槍9在工藝孔的中心停止運(yùn)動(dòng)(圖5中的e——h段)，焊接電流經(jīng)衰減至熄弧電流(大小為焊接電流的20% )，電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間(圖5中的i段)后熄滅，此時(shí)工藝孔被完全填滿， 繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體(圖5中的j段，時(shí)間為0. 5s)以防止接頭氧化。8)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)預(yù)置工藝孔的位置，完成步驟幻至步驟7)， 實(shí)現(xiàn)其余點(diǎn)的熔化焊連接。本實(shí)施例的其它實(shí)施方式與實(shí)施例1相同。在該工藝參數(shù)條件下，多點(diǎn)連續(xù)點(diǎn)焊接頭形貌平整美觀，工藝穩(wěn)定性好，無飛濺等焊接缺陷。實(shí)施例5
所述的電弧焊系統(tǒng)1在本實(shí)施例中采用標(biāo)準(zhǔn)電弧模式；所焊接對(duì)象的上層輕金屬板3為鋁合金AA6061-T6，下層鍍鋅鋼板4為高強(qiáng)鋼DP780，板件厚度匹配lmm+2mm,鋁合金板3用機(jī)械打磨方式去除表面的氧化層，用丙酮試劑去除金屬板表面的油污；所用焊絲2的材料為AlSi5，直徑為1. 2mm。本實(shí)施例中焊接的工藝參數(shù)為焊接電流77A，電壓12. 4V，送絲速度4. 4m/min，弧長修正0%，焊絲回抽頻率70Hz，焊接速度25mm/s，保護(hù)氣體氬氣的流量20L/min。本實(shí)施例工藝過程如圖4(a) (j)及圖5所示1)預(yù)先在鋁合金板3上打出多個(gè)直徑為6. 5mm的圓臺(tái)形工藝孔，孔與孔之間的中心距為20mm。2)將鋁合金板3重疊放置于鍍鋅鋼板4之上并通過夾緊裝置8夾緊，上下金屬板之間相接觸。3)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)并使焊槍9中的焊絲2與鋁合金板3板面垂直且對(duì)準(zhǔn)帶孔鋁合金板3的工藝孔的邊緣一點(diǎn)。4)機(jī)器人控制模塊6向電弧焊主機(jī)電源11發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)并打開氣瓶5預(yù)先通保護(hù)氣體，在帶孔鋁合金板3的工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍。5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間(對(duì)應(yīng)于圖5中的c段，時(shí)間為0. Is)后，焊槍9在弧焊主機(jī)電源11控制下以標(biāo)準(zhǔn)焊接電弧模式根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧。6)在按照起弧電流(大小為焊接電流的130% )引燃電弧保持一定時(shí)間(圖5中的d段)后，電流經(jīng)衰減至焊接電流，機(jī)器人7按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊6中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接，焊絲2熔化填充工藝孔，同時(shí)電弧熱熔化工藝孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層鋁板3的熔化焊接， 并與下層的鍍鋅鋼板4實(shí)現(xiàn)釬焊。7)在機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9圍繞工藝孔繞行一圈后，焊槍9在工藝孔的邊緣停止運(yùn)動(dòng)(圖5中的e——h段)，焊接電流經(jīng)衰減至熄弧電流(大小為焊接電流的20% )，電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間(圖5中的i段)后熄滅，此時(shí)工藝孔被完全填滿， 繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體(圖5中的j段，時(shí)間為0. 5s)以防止接頭氧化。8)機(jī)器人7帶動(dòng)焊槍9運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)預(yù)置工藝孔的位置，完成步驟幻至步驟7)， 實(shí)現(xiàn)其余點(diǎn)的熔釬點(diǎn)焊連接。本實(shí)施例的其它實(shí)施方式與實(shí)施例1相同。在該工藝參數(shù)條件下，多點(diǎn)連續(xù)點(diǎn)焊接頭形貌平整美觀，工藝穩(wěn)定性好，無飛濺等焊接缺陷。焊后變形小，上、下兩層板件基本保持平整，與縫焊相比，無明顯彎曲。因此采用本發(fā)明所述電弧點(diǎn)焊方法可大大減小被連接工件的變形。
權(quán)利要求
1.一種新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，包括電弧焊系統(tǒng)、焊絲、帶孔輕金屬板、下層輕金屬板或鍍層鋼板、氣瓶、機(jī)器人控制模塊、機(jī)器人和夾緊裝置，其特征在于電弧焊系統(tǒng)與機(jī)器人控制模塊相連并傳輸焊接控制信號(hào)，氣瓶與電弧焊系統(tǒng)連通，機(jī)器人控制模塊與機(jī)器人相連，傳輸機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述的焊絲為適合焊接的普通焊絲或擁有鍍層的焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于鍍層鋼板的基體金屬為低碳鋼、高強(qiáng)鋼、先進(jìn)高強(qiáng)鋼或超高強(qiáng)鋼等，鍍層鋼板上的鍍層為鋅、錫、銅或鎳基合金鍍層，鍍層厚度為5-30微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述的氣瓶內(nèi)裝保護(hù)氣體，為焊接過程提供惰性保護(hù)氣氛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述的機(jī)器人為擁有六個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的工業(yè)機(jī)械臂，承重能力和工作半徑滿足電弧焊要求，在焊接過程中帶動(dòng)裝在第六軸的焊槍，使其精確定位輕金屬板孔洞的中心位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述電弧點(diǎn)焊方法包括以下步驟1)根據(jù)工藝需求，預(yù)先在輕金屬板上打出一定數(shù)量的工藝孔，該工藝孔為圓柱形或圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)；2)將帶孔輕金屬板重疊放置于下層金屬板之上，兩板之間相接觸或者留有一定間隙， 并通過夾緊裝置夾緊；3)所述機(jī)器人帶動(dòng)焊槍運(yùn)動(dòng)并使焊槍中的焊絲與輕金屬板面垂直且對(duì)準(zhǔn)該輕金屬板的工藝孔的邊緣一點(diǎn)；4)所述機(jī)器人控制模塊向電弧焊主機(jī)電源發(fā)出焊接過程開始的控制信號(hào)并打開氣瓶預(yù)先通保護(hù)氣體，在所述工藝孔附近形成保護(hù)氣氛圍；5)通氣達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，所述焊槍在電弧焊主機(jī)電源的控制下根據(jù)工藝需求設(shè)定好的焊接模式、焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧；6)在按照起弧電流引燃電弧保持預(yù)定的時(shí)間后，所述機(jī)器人按照預(yù)先在機(jī)器人控制模塊中編寫好的程序軌跡帶動(dòng)焊槍圍繞所述工藝孔的邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定好的送絲速度和運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行焊接，同時(shí)電弧熱熔化孔的邊界實(shí)現(xiàn)與上層輕金屬板的熔化焊接，并與下層的金屬板實(shí)現(xiàn)釬焊；7)在機(jī)器人帶動(dòng)焊槍圍繞所述工藝孔繞行一圈或多圈后，所述焊槍在工藝孔的邊緣或者移動(dòng)至工藝孔的中心停止運(yùn)動(dòng)，電弧繼續(xù)燃燒至設(shè)定好的熄弧電流燃燒時(shí)間后熄滅，并繼續(xù)通一定時(shí)間的保護(hù)氣體以防止接頭氧化；8)機(jī)器人帶動(dòng)焊槍運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)預(yù)置孔的位置，完成步驟幻至步驟7)，實(shí)現(xiàn)其余點(diǎn)的熔釬點(diǎn)焊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述工藝孔為圓柱形或圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，并且數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述的電弧焊系統(tǒng)包括焊槍、送絲機(jī)、焊絲、主機(jī)電源和冷卻液箱，其中焊槍分別與送絲機(jī)、主機(jī)電源以及冷卻液箱相連，且焊槍固定設(shè)置于機(jī)器人的端部，送絲機(jī)與主機(jī)電源相連并接收控制指令，冷卻液箱與主機(jī)電源相連接并接收控制指令并與電弧焊系統(tǒng)相連接，在焊接過程中冷卻電弧焊系統(tǒng)，主機(jī)電源與機(jī)器人控制模塊相連以傳輸焊接過程中的輸入輸出信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的金屬材料電弧點(diǎn)焊方法，其特征在于所述電弧焊系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)電弧、脈沖電弧以及冷金屬過渡電弧三種電弧模式。
全文摘要
一種輕金屬之間及輕金屬與鍍層鋼板的電弧點(diǎn)焊方法，采用電弧焊系統(tǒng)，其基于已設(shè)置好的焊接軌跡程序及焊接參數(shù)，焊槍在機(jī)器人控制下圍繞輕金屬板的工藝孔邊緣做圓周運(yùn)動(dòng)，在惰性氣體保護(hù)氛圍中進(jìn)行焊接，使輕金屬與鍍層鋼板之間形成點(diǎn)熔釬焊接頭。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)中能量的均勻分布，降低了鋁鋼界面上形成的脆性金屬間化合物的厚度和均勻性，提高了接頭的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，具有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，適用于以電阻點(diǎn)焊工藝連接為主的車身零部件焊接。
文檔編號(hào)B23K9/12GK102500869SQ20111033867
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者李永兵, 來新民, 林忠欽, 王培中, 陳關(guān)龍, 雷海洋 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限公司