[发明专利]一种抑制铝合金自冲铆接头裂纹的方法

说明书

本发明涉及一种抑制铝合金自冲铆接头裂纹的铆接方法，将铸铝部件进行预先热处理，再将钢板或其他高延展性的材料与铸铝部件进行铸铝在下的SPR铆接，即完成。与现有技术相比，本发明通过对铸铝部件进行铆前预先热处理，进一步提高铸铝部件的塑性变形能力；同时也可以改善和消除铸铝部件的表面共晶硅偏聚等现象，使铸铝部件的组织更加均匀，从而抑制铆接裂纹的形成，提高接头的服役寿命等。

技术领域

本发明属于金属处理技术领域，涉及一种抑制铝合金自冲铆接头裂纹的方法。

背景技术

多材料混合车身设计成已为最为重要的车身轻量化手段，但传统的工艺技术却难以满足多种材料混合连接，使得轻量化多材料混合车身的装配面临巨大挑战。英国Henrob公司提出的不穿透下层板的SPR(Self-Piercing Riveting)自冲铆接工艺，作为一种机械连接方式，由于其热输入极低，可以有效避免热连接所引起的界面硬脆相、接头软化等问题，广泛应用于汽车车身的制造。

SPR工艺通过半空心铆钉刺穿上层板并在凹模的作用下向外张开，与下层板之间形成机械自锁而实现连接。SPR接头强度主要由铆钉与下板之间的底切量以及板材和铆钉的强度决定，通过优化凹模形貌与铆钉长度可以提高底切量。SPR接头具有良好的静态力学性能和较高的疲劳寿命，已经被多个汽车制造公司应用于铝/钢等异质材料以及多层板的连接。

随着铝合金材料在车身中的广泛应用，铝合金的板材、型材以及铸件所占的比例不断增加，钢铝混合结构的应用越来越多，但对于铸铝等低延展率材料，SPR连接存在着一些问题，主要表现为在SPR加工的塑性变形过程中，特别是当钢板在上、低延展率材料(铸铝等)在下时，铆钉在刺穿上层钢板后，与凹模接触的低延展率材料的下层板的接头内部或底部容易产生开裂；铸铝等低延展率材料在SPR加工中的裂纹现象严重降低了接头质量，并且给接头后续的安全服役留下隐患，特别是会影响到接头的疲劳性能。

为解决低延展率材料在SPR过程中裂纹现象，专利CN103796773A提出了通过在制造接头前的120分钟内、和/或在制造接头期间的至少部分时间中，对7000系列铝合金板材进行热处理，从而暂时降低工件接合区域的拉伸强度，该方法只适用于AA7000系列铝合金板材，且对工艺过程的时间要求过高，实际生产过程的可操作性较差；专利CN104611652A提出了至少200MPa的屈服强度和可达0.4的r/t(弯曲性)比值的6xxx系列铝合金板材的热处理技术，该方法只适用于AA6XXX系列铝合金板材，且没有给出具体的SPR连接过程和方法；CN101495253A提供了采用激光加热低延展率材料，以提高材料的可成形性方法，但通过激光进行加热成本较高，难以大规模应用。

针对钢铝结构的SPR连接，特别是钢-铸铝SPR连接中接头存在的裂纹问题，目前的研究主要集中在疲劳试验过程中疲劳裂纹的萌生和扩展机理方面，关于SPR铆接过程中产生的裂纹产生机理及其抑制方法的研究，未见公开的相关专利，也未见公开的具体技术实施过程的报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抑制铝合金自冲铆接头裂纹的方法，特别是抑制铝钢异种金属自冲铆接头裂纹的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种抑制铝合金自冲铆接头裂纹的铆接方法，将铸铝部件作为下板并进行预先热处理，再将钢板或其他高延展性的材料作为上板与铸铝部件进行铸铝在下的SPR铆接，即完成。

进一步的，预处理为：在炉中于520-550℃下加热并保温3-12h，随后随炉冷却。

进一步的，所述上板为钢板或或变形铝合金板材等其他高延展性的材料，钢板优选340低碳钢板。

进一步的，上板的厚度为0.4-0.85mm。

进一步的，铸铝部件与上板铆接的接头部分的厚度为1.5-3mm。