[发明专利]一种提升金属薄板超声波点焊力学性能的方法

说明书

本发明公开了一种提升金属薄板超声波点焊力学性能的方法，包括如下步骤：对待焊接的两块金属板材上下表面的待焊接区域，分别进行氧化层去锈处理；将下金属垫片贴附固定在下金属板材下表面的待焊接区域，并将下金属板材置于工作台上；然后将上金属板材的待焊接区域搭接放置在与下金属板材待焊接的区域；在上金属板材搭接部位的焊点区域放置上金属垫片；将超声波焊头按压在上金属垫片上，开始超声波焊接，直至完成上金属板材和下金属板材的焊接。本发明可以有效避免金属板材在焊接过程中粘附在工作台上，同时还可以减少金属板材在焊点附近产生应力集中，避免下薄板在焊点位置附近产生微裂纹，从而提升焊件整体剪切抗拉力。

技术领域

本发明涉及超声波点焊工艺，具体涉及一种提升金属薄板超声波点焊力学性能的方法。

背景技术

超声波点焊焊接(ultrasonic spot welding,简称USW)是利用超声波的高频振动,在静压力的作用下将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功和形变能,对焊件进行局部清理和加热焊接的一种压力焊接方法。其原理为:焊接金属材料时,由超声波发生器产生的超声频率振动电流,换能器利用逆压电效应使之转换成弹性机械振动能,并通过声学系统向焊件输入。两被焊工件的接触界面在静压力和弹性振动能量的共同作用下,通过摩擦、温升和变形,使氧化膜或其他表面附着物被破坏,并使纯净界面之间金属原子无限接近、产生结合与扩散,实现可靠连接。该焊接方法最大优点：节能，焊接速度快，效率高，无需焊料，可实现异种金属薄板之间和同种金属薄板之间的焊接，如钢/铝，钛/铝，铝/铝等金属薄板之间的焊接。其中钢/铝薄板和铝/铝薄板的超声波焊接已成为全世界焊接领域研究的热点之一，有望在不远的将来分别取代自冲铆工艺和氩气保护焊接工艺，在汽车车身焊接上广泛使用。

目前阻碍钢/铝薄板和铝/铝薄板的超声波焊接工艺应用的最大障碍是焊点的力学性能不理想，目前钢/铝薄板的超声波焊点的最大剪切抗拉力仅为4.2KN，铝/铝薄板的超声波焊点的最大剪切抗拉力不到4KN。如何更进一步提升钢/铝薄板和铝/铝薄板超声波点焊焊点的力学性能成为该领域主要研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种提提升金属薄板超声波点焊力学性能的方法。该方法不仅能够实现薄板焊点力学性能的稳定提升，同时该工艺能耗低，焊接时间短，生产效率高，工艺简单，成本低廉。

本发明通过下述技术方案实现：

一种提提升金属薄板超声波点焊力学性能的方法，包括如下步骤：

步骤一：对待焊接的两块金属板材上下表面的待焊接区域，分别进行氧化层去锈处理；金属板材的厚度为0.5mm～1.5mm；

步骤二：将下金属垫片贴附固定在下金属板材下表面的待焊接区域，并将下金属板材置于工作台上；然后将上金属板材的待焊接区域搭接放置在与下金属板材待焊接的区域；

步骤三：在上金属板材搭接部位的焊点区域放置上金属垫片；

步骤四：将超声波焊头按压在上金属垫片上，压力自上而下依次施加至上金属垫片、上金属板材待焊接区域、下金属板材待焊接区域、下金属垫片、工作台；开始超声波焊接，直至完成上金属板材和下金属板材的焊接。

步骤一所述对待焊接的两块金属板材是指，若其中一块为铝板，另一块为钢板时，则铝板在下，钢板在上。

当步骤三中上金属垫片和步骤二中下金属垫片为矩形时，其长度和宽度分别取超声焊头长度或宽度的两倍至三倍；

当步骤三中上金属垫片和步骤二中下金属垫片为椭圆形时，椭圆的长轴和短轴分别取焊头长度和宽度的三倍。

步骤一所述两块金属板材的待焊接区域搭接宽度不小于20mm～25mm。

步骤三所述上金属垫片的耐温系数大于步骤二所述的下金属垫片的耐温系数。