[发明专利]钢铝材料连接件的制作方法及钢铝材料连接件

说明书

本发明提供了一种钢铝材料连接件的制作方法及钢铝材料连接件，属于异种金属连接领域。该制作方法包括以下步骤：将铝材板堆叠在钢材板上；制备钢制压环，其高度不小于铝材板的厚度；将钢制压环放置于铝材板的顶面的预设位置处，其中，钢制压环的轴线垂直于铝材板的表面；以第一焊接参数在钢制压环的顶面和钢材板的底面之间施加第一次电阻点焊，使得铝材板局部熔融同时钢材板和钢制压环为固相；在钢制压环压透铝材板并与钢材板的顶面接触时，以第二焊接参数在钢制压环的顶面和钢材板的底面之间施加第二次电阻点焊。本发明的钢铝材料连接件的制作方法能够实现钢铝材料高效、快速、稳定的连接，并节约连接钢铝材料的成本。

技术领域

本发明涉及异种金属连接领域，特别是涉及一种钢铝材料连接件的制作方法及钢铝材料连接件。

背景技术

车身轻量化已成为汽车制造技术发展的必然趋势，降低汽车质量最直接有效的方法就是在车身制造过程中大量使用轻量化材料，铝合金是最具应用前景的车用轻量化材料之一。同钢铁材料相比，采用铝合金可以使车体质量减轻30％～40％。可是对于铝合金的焊接，特别是钢铝混合材料的连接，存在可焊接性差的重大难题。所以，钢铝混合连接技术一直是汽车轻量化发展中的关注重点之一，是实现铝车身必须克服的技术难点。

在钢铝混合材料连接中主要存在以下问题：

(1)由于钢的熔点比铝的熔点高，在焊接过程中，当铝完全熔化为液态时，钢仍处于固态，而且两者的密度相差很大，当钢完全熔化后，液态铝浮在钢水上面，冷却结晶后焊缝成分不均匀，使得焊接接头的性能降低。

(2)铝及其合金与钢焊接过程中，在铝母材表面形成难熔的氧化膜，这种氧化膜也可以存在于熔池表面，熔池温度越高，表面氧化膜越厚，氧化膜的存在阻碍液态金属的结合，容易使焊缝产生夹渣。

(3)铝及其合金与钢的热导率、线膨胀系数相差很大，焊后焊接接头变形严重，并且有很大的残余应力存在，易产生裂纹。

(4)铁在铝中的固溶度几乎为零，且他们之间可以产生多种硬而脆的金属间化合物，导致钢铝界面处具有极强的脆性而降低了焊接接头的力学性能，无法满足铝车身强度要求。

目前，车辆制造过程中为实现钢铝混合材料的有效连接，主要使用的工艺有自冲铆接和旋转攻丝铆接工艺。另外，现正在进行实验室研究的搅拌摩擦点焊也是可能实现钢铝混合材料的有效连接工艺之一。

由于钢、铝材料的物理化学性能差异，以及钢铝材料界面容易形成金属件化合物，使这两种材料无法通过电阻电焊工艺进行永久连接。前述的常用连接工艺有着明显的、无法避免的诸多缺陷。大致有以下重大缺陷：

(1)成本高昂。由于现有技术方案的设备、系统复杂、占地面积较大，并可能使用特殊的辅助件(铆钉)或易损件(搅拌头)，造成车身焊接成本远超目前常用的电阻点焊工艺成本。

(2)有较为严格结构设计要求及材料匹配原则。现有技术方案对焊接结构设计有明确的技术要求，造成这些技术方案的应用具有较大的局限性，部分结构无法施焊或必须对现有的结构再次进行结构设计。同时，现有技术方案对对材料匹配有严格的匹配原则，进一步限制了现有技术方案的使用范围。

(3)焊接工艺难以实现信息化控制。现有技术方案均只能采用固定的焊接工艺规范，无法采用信息化技术实现实时信息采集、焊接工艺自动优化等功能。

由以上可见，一种简单、高效、可有效避免缺陷的电阻点焊方法是实现钢铝材料高效、快速、稳定、智能化连接的重要途径之一，对于铝合金车身的产业实现具有极为重要的现实意义。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种钢铝材料连接件的制作方法，能够实现钢铝材料高效、快速、稳定的连接。

本发明的另一个目的是要节约连接钢铝材料的成本。

本发明的进一步的一个目的是要使得钢铝材料焊接的信息化和自动化易于实现。