[发明专利]一种应用电阻与电弧复合热源的螺柱焊接方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺柱焊接方法，特别是涉及一种应用电阻与电弧复合热源的螺柱焊接方法及装置。

背景技术

螺柱焊是指一种将螺柱或类似的金属柱状物及其他紧固件焊接在金属基板上的方法。螺柱焊作为一种简便、高速、低耗、低污染的先进焊接技术，广泛适用于车辆、造船、锅炉、钢结构、建筑、电子、仪表、医疗器械等领域。按实现螺柱焊的热源分类，螺柱焊可分为电阻焊、摩擦焊、爆炸焊及电弧焊等焊接方法。按实现螺柱焊的电源分类，电弧螺柱焊可分为稳定电弧螺柱焊（电弧螺柱焊）、不稳定电弧螺柱焊（电容放电螺柱焊或电容储能螺柱焊）和短周期螺柱焊。其中，电容放电螺柱焊的特点是利用电容充电储存能量，焊接时放电形成能量脉冲，加热焊接部位且加压焊接；电弧螺柱焊是目前采用最为广泛的一种焊接方法，特点是在杆状或其他类似的金属紧固件与板材之间形成电弧的压力焊接方法；短周期螺柱焊是将焊接电流经过波形控制的电弧螺柱焊。但这些螺柱焊接方法可焊螺柱的直径小，且为防止热量集中而引起变色、变形和烧穿，要求焊接时间短，但熔深浅，焊接接头的可靠性降低。

随着现代工业的快速发展，螺柱使用越来越普遍，在许多应用领域，单一热源的螺柱焊已经无法满足焊接的需要，因此，复合热源螺柱焊接方法应运而生。现有螺柱焊复合热源的方式主要有感应与电弧复合热源、感应与摩擦复合热源、摩擦与摩擦复合热源、电阻与摩擦复合等。其中：感应与电弧复合热源螺柱焊可利用感应加热装置对接头焊前预热、焊接、焊后退火一体化协调处理，以减小拘束度和预防冷裂纹发生，但焊接界面容易生成大面积的金属间化合物，接头韧性不足，与电弧螺柱焊一样也容易发生缩颈、飞边、熔合不良、焊偏等缺陷。感应与摩擦复合热源螺柱焊是一种利用感应加热对工件加热从而降低所需摩擦产热的焊接方法，该方法在保留固相焊接接头优点的同时解决了单一摩擦螺柱焊接系统在焊接螺柱时产热不足的难题，但由于感应加热的区域较大，热影响区很大，而降低了工件本身的性能。摩擦与摩擦复合热源是一种利用外环进行摩擦预热，内环螺柱摩擦进行焊接的方法，该方法在保留固相焊接接头优点的同时解决了单一摩擦螺柱焊接系统在焊接螺柱时产热不足的难题，但该装置复杂，热源利用率低。电阻与摩擦复合热源是一种利用电阻热和摩擦热共同对接头加热而实现焊接的方法，该方法虽然可以降低摩擦压力、降低主轴功率，但是该方法不能解决大直径螺柱和厚大金属基板的焊接。

如何克服现有技术的不足已成为当今螺柱焊接技术领域亟待解决的重点难题之一。

 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种应用电阻与电弧复合热源的螺柱焊接方法及装置，本发明能够实现中大直径金属螺柱与厚大金属板材之间的焊接，适用于钢、镍、铜、钛、铝、镁金属螺柱与同种或异种金属材料基板之间的焊接，特别适用于大直径、高碳当量钢金属螺柱的焊接。

根据本发明提出的一种应用电阻与电弧复合热源的螺柱焊接方法，其特征在于将金属螺柱与金属基板经电阻预热、振动均化引弧毛刺、电阻电源延时控制、金属螺柱端面均匀加热、热补偿冶金结合和焊后热处理步骤，而制得性能优良的金属螺柱与金属基板的焊接接头成品，具体步骤如下：

步骤一，电阻预热：将经过预处理后的金属螺柱与金属基板在压力10～100MPa条件下压紧，打开电阻电源，控制电流为500～2000A，在电阻热的作用下预热金属螺柱与金属基板，预热时间0.5～5s；

步骤二，振动均化引弧毛刺：将步骤一预热后的金属螺柱与金属基板通过电阻加热至300～700℃，使得金属螺柱与金属基板接触部分均匀受热，金属螺柱在轴向位移装置的作用下，再以5～10Hz的频率振动，振幅1～2mm，振动2～5s，打开电弧电源，控制电流为600～3000A，使金属螺柱与金属基板连接处产生多量化和均匀化的引弧毛刺；

步骤三，电阻电源延时控制：在步骤二的基础上，保持引弧前的温度的条件下，将金属螺柱在轴向位移装置的作用下向上提起，上升到1.5～2mm时，关闭电阻电源；

步骤四，金属螺柱端面均匀加热：在步骤三的基础上，金属螺柱上升至1.5～7mm时，引燃均化电弧，使电弧置于金属螺柱与金属基板之间，均化电弧使金属螺柱与金属基板的连接界面局部熔化，电弧加热时间700～1500ms；