[发明专利]轻合金与钢的异种金属材料电阻铆焊系统及其焊接方法

说明书

一种轻合金与钢的异种金属材料电阻铆焊系统及其焊接方法，利用成分可定制的半空心钢钉在无需预冲孔的情况下直接对异种材料进行焊接，使待连接轻合金板、半空心钢钉及待连接钢板在局部熔化形成铝钢混合物焊核，获得异种材料连接接头；铆钉采用半空心结构，以容纳部分待连接轻合金板材，能够采用更小的铆钉设计；采用带有锥角的钢钉直接刺穿待连接轻合金板，消除现有制孔环节；通过待连接轻合金板、半空心钢钉及待连接钢板在局部熔化形成高强度铝钢混合物焊核，以提高接头性能；通过钉腿压溃长度以及铆钉空腔内部合金元素调控焊核各元素比例改善接头性能。本发明简化生产工艺，提高生产效率，降低成本，提高接头性能。

技术领域

本发明涉及的是一种异种金属材料连接领域的技术，具体是一种轻合金与钢的异种金属材料电阻铆焊系统及其焊接方法。

背景技术

车身轻量化是现代汽车工业节能减排的有效手段，随着各大汽车企业的重视，轻合金和超高强度钢被广泛运用于车身制造。电阻点焊作为车身装配的传统点连接方法，凭借其接头强度高、能耗低、节拍快的优势被应用于传统钢制车身焊装。然而，铝、镁合金等轻合金材料的应用对传统点连接技术提出了巨大挑战，由于轻合金与钢之间热物理属性差异较大，导致熔焊时不可避免会形成硬脆的金属间化合物，使得传统电阻点焊工艺难以实现异种金属材料的有效连接。以上问题使得基于冷成形原理的自冲铆接成为当前混合材料车身的最主要连接技术。然而，受铆钉硬度和铆接设备吨位的限制，当连接一些先进高强钢或超高强钢等高强度、高硬度材料时，自冲铆接过程中铆钉腿部会发生严重墩粗，无法获得有效机械互锁。现有电阻单元焊技术结合铆接和点焊的特点，将异种金属连接问题转化为同种金属焊接问题，能够实现轻金属与超高强钢的可靠连接。然而，该方法需要额外增加一道冲裁工序，工艺过程繁琐，导致工艺成本增加，生产效率降低。而且在焊接时很难将钉子准确放置于冲裁孔，质量可控性差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种轻合金与钢的异种金属材料电阻铆焊系统及其焊接方法，利用成分可定制的半空心钢钉在无需预冲孔的情况下直接对异种材料进行焊接，使待连接轻合金板、半空心钢钉及待连接钢板在开放式空腔内熔化形成金属混合物焊核，获得高强度的异种材料连接接头。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种轻合金与钢的异种金属材料电阻铆焊系统，自上而下包括：上电极、半空心钢钉、待连接轻合金板、待连接钢板以及下电极。

所述的待连接轻合金板为至少一层，当采用多层待连接轻合金板时相邻布置。

所述的待连接钢板只能为一层，且必须布置在下电极侧。如果为多层时，中间层必须开工艺孔。

所述的半空心钢钉包括：依次连接的钉帽、钉腿和锥角，其中：钉帽和钉腿组成开放式空腔，该开放式内腔的高度大于等于待连接轻合金板的厚度。

所述的钉帽的顶面为圆形平面，其底面设有沿圆周方向分布的凹槽或倾角，该凹槽的截面为圆弧或矩形。

所述的

所述的钉腿其长度为待连接轻合金板材总厚度的1.2～2.5倍。

所述的开放式内腔的内侧可通过添加微量合金元素对接头进行改性。

所述的锥角能够在电流和电极压力的作用下刺穿待连接轻合金板并与待连接钢板紧密接触。

本发明涉及上述系统的电阻铆焊方法，包括以下步骤：

步骤1)预压阶段：将半空心钢钉置于待连接板材组合的轻合金侧，并通过上电极和下电极施加预压力使半空心钢钉、待连接轻合金板、待连接钢板之间接触并形成导电通路；

步骤2)穿刺阶段：施加焊接电流软化待连接轻合金板，半空心钢钉在电极压力作用下刺穿待连接轻合金板，并与待连接钢板紧密接触；