異種金屬電弧膠焊連接系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種金屬連接領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于異種金屬之間的電弧膠焊連接系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于減輕車身重量可以達到汽車節(jié)能減排的目的，鋁、鎂等密度遠小于鋼材的輕合金材料被各大汽車生產(chǎn)廠商應(yīng)用于車身制造當(dāng)中。然而由于制造工藝的不成熟以及高成本，輕合金在汽車車身中的應(yīng)用受到限制，因此采用輕合金與先進高強鋼的異種材料混合連接結(jié)構(gòu)成為汽車車身的趨勢，這就涉及到輕合金與鋼材之間的異種金屬連接工藝問題。
[0003]然而由于異質(zhì)材料的熔點、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電率以及導(dǎo)熱率差異巨大，熔焊時易形成硬脆相一一金屬間化合物，采用傳統(tǒng)的電阻點焊工藝連接難以形成性能良好的焊接接頭，鋁鋼電阻點焊方法目前仍然處于試驗研究階段。自沖鉚接作為一種機械連接工藝沒有熱過程，鋁鋼之間熔點的不同不會造成連接困難，所以自沖鉚接工藝廣泛應(yīng)用于鋁鋼異種金屬連接。但是在鉚接超高強鋼與鎂合金、鑄鋁等低延展性材料時，自沖鉚接工藝容易發(fā)生鉚釘墩粗、接頭開裂等缺陷，且鉚釘成本高昂，無法大規(guī)模應(yīng)用于汽車車身制造。摩擦攪拌焊可以極大的降低焊接熱影響，應(yīng)用摩擦攪拌焊可以成功連接鋁鋼，并在接頭界面形成不同種類的金屬間化合物，但是摩擦攪拌點焊工藝過程中攪拌針會在接頭中留下工藝孔，這對接頭性能十分不利。此外，在焊接高強度鋼時，其低熱導(dǎo)率會導(dǎo)致攪拌針過熱，磨損加劇。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有專利技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN102500869A公開(公告)日2012.06.20，公開了一種輕金屬之間及輕金屬與鍍層鋼板的電弧點焊方法，該方法基于Fronius公司提出的一種名為冷金屬過渡(Cold Metal Transfer，簡稱CMT)的電弧焊接系統(tǒng)，通過優(yōu)化的電弧焊接工藝過程成功實現(xiàn)了鋁板與鍍鋅鋼板之間的熔釬點焊連接。該技術(shù)實現(xiàn)了焊點中能量的均勻分布，降低了鋁鋼界面上形成的脆性金屬間化合物的厚度，提高了接頭的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。但是由于鋁鋼兩種金屬的化學(xué)電位差異較大，實際應(yīng)用中異種金屬熔釬焊接頭容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕；另外電弧點焊接頭周圍的上下層金屬板之間不可避免的存在間隙，狹小縫隙中發(fā)生的縫隙腐蝕劇烈地加速了鋁鋼異種金屬電弧點焊接頭的腐蝕進程，極大的破壞接頭的力學(xué)性能。
[0005]中國專利文獻號CN102059460A公開(公告)日2011.05.18，公開了一種金屬間膠接加電弧填絲點焊的連接方法，先將待焊材料的搭接面全部涂上固化結(jié)構(gòu)用膠黏劑，搭接并且開通孔之后進行焊接，其特征在于，待連接材料的所有搭接面之間均勻涂有總厚度為0.02?Imm的膠層，搭接后沿接縫方向在搭接部分每隔15?50mm距離開有孔徑為3?1mm的通孔，用電弧焊對開孔處進行雙面填絲點焊焊接；在焊接前或焊接后把中間涂有膠層的搭接部分加熱至50?500°C，并保溫10?180分鐘。該技術(shù)能有效增加焊點強度，避免了其他膠焊技術(shù)所產(chǎn)生的表面塌陷，能提高難焊同種金屬以及異種金屬焊接結(jié)構(gòu)件的承載載荷、疲勞強度和剪切性能，滿足實際工程需要。但該技術(shù)的缺點在于:(I)被焊金屬整個搭接界面涂膠，焊接過程中孔邊緣膠層燒損形成的氣體使得焊接過程不穩(wěn)定，導(dǎo)致接頭性能不穩(wěn)定；(2)對通孔實現(xiàn)雙面填絲焊接，工藝復(fù)雜，質(zhì)量難以控制；(3)采用熔焊實現(xiàn)焊接，熱輸入高，膠層燒損嚴重，接頭變形大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種異種金屬電弧膠焊連接系統(tǒng)及方法，通過在相對較低熔點金屬側(cè)打工藝孔，實現(xiàn)低熔點金屬與較高熔點金屬的熔釬焊。通過在工藝孔周圍一定距離引入膠層有效的隔絕接頭縫隙與周圍的腐蝕環(huán)境，對接頭形成了有效的保護，并通過控制膠層與工藝孔邊緣的距離，有效消除了焊接過程中膠層的燒損以及膠層中水汽對接頭質(zhì)量與性能的影響，解決了異種金屬焊接接頭腐蝕過快的問題。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種異種金屬電弧膠焊連接系統(tǒng)，包括:由涂膠孔定位裝置和涂膠裝置組成的自動涂膠系統(tǒng)以及由焊接孔定位裝置、電弧焊系統(tǒng)與機器人系統(tǒng)組成的自動電弧焊接系統(tǒng)，其中:涂膠孔定位裝置與涂膠裝置相連并傳輸涂膠工藝孔中心位置坐標(biāo)，機器人系統(tǒng)與電弧焊系統(tǒng)相連并傳輸焊接控制指令實現(xiàn)焊接動作，機器人系統(tǒng)與焊接孔定位裝置相連并接收焊接孔位置信息。
[0009]所述的涂膠裝置包括:注膠筒、分別設(shè)置于注膠筒兩端的壓邊圈和熱電偶、設(shè)置于注膠筒外部的加熱線圈、活動設(shè)置于注膠筒內(nèi)的活塞桿以及分別與加熱線圈和熱電偶相連的控制模塊，其中:注膠筒內(nèi)設(shè)有膠粘劑，熱電偶采集注膠筒內(nèi)腔的實時溫度并輸出至控制模塊，控制模塊與加熱線圈相連，根據(jù)注膠筒內(nèi)部的實時溫度和預(yù)設(shè)溫度的大小控制加熱線圈的導(dǎo)通與斷開，以加熱注膠筒中粘度較大的膠粘劑并使注膠筒內(nèi)部溫度保持恒定。
[0010]所述的注膠筒的底端設(shè)有若干個沿圓周分布的出膠孔，活塞桿向下運動時，推動注膠筒中的膠粘劑沿出膠孔流出滴落到帶孔金屬板上的涂膠位置。
[0011]所述的電弧焊系統(tǒng)包括:焊槍、送絲機、主機電源和冷卻液箱，其中:焊槍分別與送絲機、主機電源以及冷卻液箱相連，主機電源在起弧、收弧以及焊接過程中向焊槍發(fā)出工藝參數(shù)以及控制指令，冷卻液箱與主機電源連接并在焊接過程中接收控制指令以冷卻焊槍，送絲機中裝有焊絲并與主機電源相連，在焊接過程根據(jù)控制指令送出焊絲，焊絲經(jīng)熔化形成熔滴填充帶孔金屬板的工藝孔并與金屬底板形成釬焊層。
[0012]所述的電弧焊系統(tǒng)設(shè)有與主機電源以及焊槍相連的氣瓶，該氣瓶由主機電源控制通斷，在焊接過程中通過焊槍提供保護氣體。
[0013]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。
[0014]所述的機器人系統(tǒng)包括:機器人控制部分以及機器人操作部分，其中:機器人控制部分與電弧焊系統(tǒng)中的主機電源相連并發(fā)出焊接過程開始、結(jié)束信號，機器人操作部分與電弧焊系統(tǒng)中的焊槍固定連接，在焊接過程由機器人操作部分控制焊槍的運動軌跡。
[0015]本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的電弧膠焊連接方法，包括以下步驟:
[0016]I)預(yù)先根據(jù)焊點數(shù)量需求在相對較低熔點金屬板上預(yù)制工藝孔；
[0017]所述的工藝孔為圓柱形或圓臺形結(jié)構(gòu)，孔的直徑范圍為5?8_ ；
[0018]2)基于規(guī)定的焊接順序，涂膠孔定位裝置移動到帶孔金屬板的工藝孔上方位置，確定工藝孔孔心坐標(biāo)，并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳遞給涂膠裝置；
[0019]3)注膠筒運動到其軸線與帶孔金屬板上的孔心對齊，向下移動使壓邊圈壓緊帶孔金屬板，加熱線圈對注膠筒中的膠粘劑始終保持恒溫加熱，注膠筒中的活塞桿擠壓使加熱后的膠粘劑沿出膠孔流出滴落在帶孔金屬板上；
[0020]所述的膠粘劑包括環(huán)氧樹脂、聚丙烯、聚氨酯等單組分及雙組分結(jié)構(gòu)膠與聚丙烯、聚氨酯密封膠；
[0021]所述的出膠孔與帶孔金屬板的工藝孔邊緣距離為5?20mm ;
[0022]所述的滴落是指:滿足帶孔金屬板與金屬底板之間膠層厚度為0.1?Imm的涂膠量;
[0023]4)涂膠孔定位裝置移動到下一點，完成步驟2)至步驟3)，實現(xiàn)其余點的涂膠過程;
[0024]5)將帶孔金屬板倒置并疊放于金屬底板上并由夾具夾緊；
[0025]所述的夾緊是指:使帶孔金屬板和金屬底板之間相接觸或存在一定的間隙，膠粘劑位于兩層金屬板之間并且受到一定的擠壓鋪展；
[0026]所述的金屬底板為裸板或帶有鍍層的金屬板，其熔點高于帶孔金屬板；
[0027]6)焊接孔定位裝置將帶孔金屬板上孔心的坐標(biāo)作為焊接孔位置信息發(fā)至機器人控制部分，進而驅(qū)動機器人操作部分帶動電弧焊系統(tǒng)的焊槍運動，送絲機啟動送絲，使焊槍中的焊絲與帶孔金屬板垂直或者具有一定傾角且對準(zhǔn)工藝孔；
[0028]所述的焊絲為適合異種金屬連接匹配的普通焊絲或擁有鍍層的焊絲；
[0029]所述的對準(zhǔn)是指:對準(zhǔn)工藝孔的中心或者工藝孔的邊緣上的任意一點；
[0030]7)機器人控制部分向電弧焊系統(tǒng)的主機電源發(fā)出焊接過程開始信號，焊槍在主機電源控制下根據(jù)工藝參數(shù)指令中的焊接電弧模式、焊接電流、焊接電壓以及送絲速度和頻率引燃電弧，機器人操作部分帶動焊槍根