專利名稱：一種用于鋁合金電阻焊的二組元粉末鋁熱劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于鋁合金電阻點(diǎn)、凸焊的ニ組元粉末鋁熱劑，適用于鋁合金板材，尤其是難焊鋁合金材料的電阻點(diǎn)、凸焊。
背景技術(shù)：
在諸多的焊接方法中，電阻焊(包括點(diǎn)焊、凸焊)被視為最重要的連接方法而被應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)及零部件的制造中。但是，與其它焊接方法相比，電阻焊能耗相對(duì)較高。在進(jìn)行鋁合金電阻焊吋，由于鋁合金具有較高的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性。因此，同樣條件下產(chǎn)生電阻熱相對(duì)較少，且大量的焊接熱量被迅速傳導(dǎo)到金屬基體及周圍環(huán)境中而損失棹，焊接時(shí)需要 相對(duì)更高的焊接能量作用才能實(shí)現(xiàn)這類材料的高質(zhì)量焊接。在實(shí)際焊接生產(chǎn)中，為了提供足夠的電阻熱量，鋁合金等輕合金薄板結(jié)構(gòu)的電阻點(diǎn)焊焊接電流通常為相同板厚低碳鋼的3 5倍。因此，為了實(shí)現(xiàn)鋁合金等輕合金薄板材料的高質(zhì)量焊接，需要功率強(qiáng)大的電阻點(diǎn)焊機(jī)。這固然可以實(shí)現(xiàn)鋁合金材料的可靠焊接，但在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，卻需要消耗更多的電能。這無(wú)疑増大了能源消耗，増加了生產(chǎn)中的能源成本。上述問(wèn)題影響了鋁合金電阻點(diǎn)焊技術(shù)在汽車制造中的實(shí)用性。因此，研究高效節(jié)能的鋁合金電阻點(diǎn)焊新技術(shù)有利于促進(jìn)鋁合金等輕合金材料在新型汽車制造中的推廣應(yīng)用，推動(dòng)鋁合金材料應(yīng)用在轎車輕型化和環(huán)?；染v色理念中發(fā)揮出巨大潛力。常規(guī)鋁熱劑通常由鋁粉和氧化鐵粉組成，主要用于鋼鐵等材料的鋁熱焊中。對(duì)于將鋁熱劑用于電阻點(diǎn)、凸焊鋁合金材料，起到降低電能消耗，提高焊接效率的作用，在之前的各類文獻(xiàn)資料中并未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。常規(guī)鋁熱劑用于電阻點(diǎn)、凸焊鋁合金材料，由于電阻熱的瞬時(shí)、點(diǎn)熱源的特性，使常規(guī)鋁熱劑產(chǎn)生的熱效率較低，難以發(fā)揮鋁熱劑的較大能效，易產(chǎn)生焊合率低、縮孔等缺陷，從而使其應(yīng)用于電阻焊接鋁合金效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的ー種用于鋁合金電阻點(diǎn)、凸焊的ニ組元粉末鋁熱劑，與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電阻焊技術(shù)相比，在電阻焊過(guò)程中，施加本發(fā)明提出的ニ組元粉末鋁熱劑于待焊位置，能夠使其在電阻熱作用下發(fā)生鋁熱反應(yīng)，釋放出大量冶金反應(yīng)熱，成為焊接輔助熱源，彌補(bǔ)焊接電阻熱的不足，從而在相對(duì)較小的焊接電流下施焊即可以獲得相對(duì)更大的焊點(diǎn)強(qiáng)度，達(dá)到節(jié)能、聞效的目的。本發(fā)明提出的用于鋁合金電阻點(diǎn)、凸焊的ニ組元粉末鋁熱劑，由ZnO粉末和Al粉末組成，其重量配比為ZnO :10% 40%，Al 60% 90%，最優(yōu)重量配比為ZnO 20% 30%，Al 70% 80%ο該鋁熱劑為粉末狀，ZnO粉末粒度為250目，Al粉末粒度為200目，選用此粒度，具有最優(yōu)的效果。使用前，將該粉末鋁熱劑在80 100°C溫度下真空干燥I 2小時(shí)，再加入丙酮攪拌混合均勻。將粉末鋁熱劑均勻涂覆在待焊位置，待丙酮揮發(fā)后，即進(jìn)行焊接。該粉末鋁熱劑適用于鋁合金材料的電阻點(diǎn)焊或電阻凸焊。
使用本發(fā)明的鋁熱劑，在電阻點(diǎn)、凸焊過(guò)程的電阻熱的作用下，ZnO中的Zn被鋁熱劑中的Al還原，釋放出大量冶金反應(yīng)熱。在電阻熱和冶金反應(yīng)熱的共同作用下，使熔核尺寸進(jìn)一歩長(zhǎng)大。由于該粉末鋁熱劑的添加，使熔核形核過(guò)程中擁有了更多的異質(zhì)形核晶核，從而更有利于等軸樹(shù)枝晶的形核和均勻分布，也促使等軸晶區(qū)得以增大。在上述效應(yīng)下，焊點(diǎn)強(qiáng)韌性得到提高。在對(duì)2mm厚2024鋁合金進(jìn)行焊接的焊接電流為18000A 26000A的試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)，獲得的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度可提高28% 200%。因此，在高效率地利用電阻熱和冶金反應(yīng)熱的情況下，相對(duì)較小的焊接電流施焊同樣可以獲得較大焊接電流施焊所能達(dá)到的焊接質(zhì)量，從而減少了鋁合金材料焊接過(guò)程中的電能消耗，在一定程度上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的能源節(jié)約。


圖I是實(shí)施例I中采用18000A焊接電流無(wú)粉末鋁熱劑添加焊接2mm厚鋁合金板所得熔核形貌。圖2是實(shí)施例I中采用18000A焊接電流無(wú)粉末鋁熱劑添加焊接2mm厚鋁合金板 所得熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。圖3是實(shí)施例I中采用18000A焊接電流添加該粉末鋁熱劑焊接2mm厚鋁合金板所得熔核形貌。圖4是實(shí)施例I中采用18000A焊接電流添加該粉末鋁熱劑焊接2mm厚鋁合金板所得熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。圖5是實(shí)施例2中采用18000A焊接電流添加該粉末鋁熱劑焊接2mm厚鋁合金板所得熔核形貌。圖6是實(shí)施例2中采用18000A焊接電流添加該粉末鋁熱劑焊接2mm厚鋁合金板所得熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。圖7是實(shí)施例3中采用26000A焊接電流無(wú)粉末鋁熱劑添加焊接2mm厚鋁合金板所得熔核形貌。圖8是實(shí)施例3中采用26000A焊接電流無(wú)粉末鋁熱劑添加焊接2mm厚鋁合金板所得熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。圖9是實(shí)施例3中采用26000A焊接電流添加該粉末鋁熱劑焊接2mm厚鋁合金板所得熔核形貌。圖10是實(shí)施例3中采用26000A焊接電流添加該粉末鋁熱劑焊接2mm厚鋁合金板所得熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。實(shí)施例I :對(duì)2mm厚2024鋁合金板材進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。所采用的粉末鋁熱劑重量配比為ZnO 20%, Al :80%。將粉末鋁熱劑在90°C溫度下真空干燥I小時(shí)，再加入丙酮攪拌混合均勻。將粉末鋁熱劑均勻涂覆在待焊位置，涂覆厚度為O. 8mm。待丙酮揮發(fā)后，設(shè)定焊接參數(shù)焊接電流18000A，電極壓力O. IMPa，焊接時(shí)間O. 16s，進(jìn)行焊接。圖I和圖2分別為采用實(shí)施例I中的焊接エ藝，并且無(wú)粉末鋁熱劑添加進(jìn)行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。圖3和圖4分別為采用實(shí)施例I中的焊接エ藝和粉末鋁熱劑進(jìn)行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布?？梢钥闯鎏砑臃勰╀X熱劑増大了熔核尺寸，使熔核中心的等軸樹(shù)枝晶分布更均勻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用實(shí)施例I中的焊接エ藝，并且無(wú)粉末鋁熱劑添加進(jìn)行焊接，得到的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度為O. 946kN，采用實(shí)施例I中的焊接エ藝和粉末鋁熱劑進(jìn)行焊接，得到的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度為2.01kN，焊點(diǎn)強(qiáng)度提高了約112. 5%。實(shí)施例2 :對(duì)2mm厚2024鋁合金板材進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。所采用的粉末鋁熱劑重量配比為ZnO 30%, Al :70%。將粉末鋁熱劑在90°C溫度下真空干燥I小時(shí)，再加入丙酮攪拌混合均勻。將粉末鋁熱劑均勻涂覆在待焊位置，涂覆厚度為O. 8mm。待丙酮揮發(fā)后，設(shè)定焊接參數(shù)焊接電流18000A，電極壓力O. IMPa，焊接時(shí)間O. 16s，進(jìn)行焊接。圖5和圖6分別為采用實(shí)施例2中的焊接エ藝和粉末鋁熱劑進(jìn)行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布?？梢钥闯鲈谌酆顺叽缦嗨频那闆r下，添加粉末鋁熱劑使熔核中心的等軸樹(shù)枝晶分布更均勻，且枝晶束得到細(xì)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用實(shí)施例2中 的焊接エ藝，并且無(wú)粉末鋁熱劑添加進(jìn)行焊接，得到的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度為O. 946kN，采用實(shí)施例2中的焊接エ藝和粉末鋁熱劑進(jìn)行焊接，得到的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度為2. 16kN，焊點(diǎn)強(qiáng)度提高了約 128. 3%ο實(shí)施例3 :對(duì)2mm厚2024鋁合金板材進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。所采用的粉末鋁熱劑重量配比為ZnO 20%, Al :80%。將粉末鋁熱劑在90°C溫度下真空干燥I小時(shí)，再加入丙酮攪拌混合均勻。將粉末鋁熱劑均勻涂覆在待焊位置，涂覆厚度為O. 8mm。待丙酮揮發(fā)后，設(shè)定焊接參數(shù)焊接電流26000A，電極壓力O. IMPa，焊接時(shí)間O. 16s，進(jìn)行焊接。圖7和圖8分別為采用實(shí)施例3中的焊接エ藝，并且無(wú)粉末鋁熱劑添加進(jìn)行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布。圖9和圖10分別為采用實(shí)施例3中的焊接エ藝和粉末鋁熱劑進(jìn)行焊接，得到的熔核形貌和熔核中心等軸樹(shù)枝晶分布?？梢钥闯鲈谌酆顺叽缦嗨频那闆r下，添加粉末鋁熱劑使熔核中心的等軸樹(shù)枝晶分布更均勻，且枝晶束得到細(xì)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用實(shí)施例3中的焊接エ藝，并且無(wú)粉末鋁熱劑添加進(jìn)行焊接，得到的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度為2. 916kN，采用實(shí)施例3中的焊接エ藝和粉末鋁熱劑進(jìn)行焊接，得到的焊點(diǎn)拉剪強(qiáng)度為5. 06kN，焊點(diǎn)強(qiáng)度提高了約73. 5%。
權(quán)利要求
1.一種用于鋁合金電阻焊的二組元粉末鋁熱劑，其特征在于二組元粉末鋁熱劑由ZnO粉末和Al粉末組成，其重量配比為=ZnO 10% 40%, Al 60% 90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鋁合金電阻焊的二組元粉末鋁熱劑，其特征在于二組元粉末鋁熱劑的最優(yōu)重量配比為ZnO 20% 30%，Al 70% 80%，所述ZnO粉末粒度為250目，Al粉末權(quán)度為200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于鋁合金電阻焊的二組元粉末鋁熱劑，其特征在于該粉末鋁熱劑適用于電阻點(diǎn)焊或 電阻凸焊鋁合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鋁合金電阻焊的二組元粉末鋁熱劑，其特征在于使用前將二組元粉末鋁熱劑在80 100°C溫度下真空干燥I 2小時(shí)，再加入丙酮攪拌混合均勻，涂覆在待焊位置，涂覆厚度為O. 5_ 1.0_。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二組元粉末鋁熱劑，應(yīng)用于鋁合金材料的電阻點(diǎn)、凸焊。該二組元粉末鋁熱劑由ZnO粉末和Al粉末組成，其重量配比為ZnO10%～40%，Al60%～90%。使用前將粉末鋁熱劑在80～100℃溫度下真空干燥1～2小時(shí)，再加入丙酮攪拌混合均勻，并涂覆在待焊位置，涂覆厚度為0.5mm～1.0mm。在電阻點(diǎn)焊的電阻熱的作用下，本粉末鋁熱劑發(fā)生鋁熱反應(yīng)，釋放出大量冶金反應(yīng)熱，作為焊接輔助熱源。鋁合金板材的電阻點(diǎn)焊過(guò)程中使用本粉末鋁熱劑可提高焊點(diǎn)強(qiáng)度28%～200%。因此，使用本粉末鋁熱劑后，相對(duì)較小的焊接電流施焊同樣可以獲得較大焊接電流施焊所能獲得的焊點(diǎn)強(qiáng)度，即可減少鋁合金材料電阻點(diǎn)焊過(guò)程中的電能消耗，具有較為理想的工程意義。
文檔編號(hào)B23K35/362GK102848101SQ201210392399
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者羅怡, 吳瑋, 李春天, 杜長(zhǎng)華, 遲露鑫 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)