CN101143402A - 用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种焊接技术领域中的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，步骤一，对胶粘接头上表面进行清洁处理；步骤二，清洁处理后，在钢板上钻孔；步骤三，用焊钉夹头夹持焊钉，使焊钉通过上层钢板的孔与下层钢板紧密接触；步骤四，在步骤三焊钉位置确定好之后焊机模式设为长周期气体保护焊接模式，调整螺柱焊机焊接参数，然后通电焊接，形成液态帽形熔池；步骤五，步骤四焊接结束后，将焊钉插入熔池，待室温冷却，形成焊接接头。本发明提高了接头的承载力，另外本方法简单、经济、效率高、容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种焊接技术领域中的方法，具体是一种用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法。
背景技术
汽车制造中普遍采用的电阻点焊工艺，先进高强钢材料在电阻点焊快速冷却过程中形成的淬硬马氏体会增加点焊接头脆性，产生熔核界面断裂问题，降低接头力学性能与低周疲劳寿命，使用传统的焊接规范和质量评价方法难以保证高强钢焊接质量。胶粘工艺因其接头性能不易改变的特点已广泛应用于航空航天、汽车制造等工业领域。尤其近年来随着新型高韧性胶粘剂的推广应用，传统点焊与粘接的复合连接技术逐步从以点焊为主、粘接技术为辅的向以胶粘技术为主、点焊工艺为辅过渡，减少车身焊点数目，降低车身制造成本。然而，由于胶粘接头过载而造成的胶层内聚断裂失效，以及由于缺胶、胶粘剂吸水过期、工件表面不清洁等原因造成的界面断裂失效是胶粘接头失效的主要问题，将直接影响胶粘接头的质量和使用寿命。考虑到生产中的实际状况和成本要求，出现胶粘接头失效的零部件都不能作为报废品处理，因此，寻求一种高效的修补工艺可以有效解决由于胶粘接头缺陷引起的制造质量问题，提高生产效率。
弧焊、电阻点焊、螺柱焊以及机械连接等传统连接方法通常可以获得满意的接头质量，但作为胶粘接头的修补方法，他们存在固有的缺点：如：电阻点焊设备机动性差，而且对于粘接结构的某些需要修补部位，由于结构限制点焊设备可达性难以保证，修补工作不能顺利完成；电弧焊接热输入大，造成粘接结构很大的热变形以及胶粘剂受热严重炭化分解从而降低接头力学性能；传统电弧螺柱焊作为穿透焊修补胶粘接头时，由于胶层对焊接熔池形成的影响，接头修补质量很难得到控制；根据塞焊焊接原理不同可以分为电阻热塞焊、摩擦塞焊等，他们都需要在工件上层钢板打孔，由于塞焊在使用中需要两侧受力且力值较大，因此焊点背面需要支撑物，使用范围受到限制；螺栓连接、铆接等机械连接技术用于粘接接头的修补工作时，需要在接头部位钻通孔，而且相对于电阻点焊而言，强度低、外观质量差。通过上述分析可知，传统连接方法用于失效胶粘接头的修补工作有一定的局限性，
经对现有技术文献的检索发现，中国专利号ZL200620098285，公告号CN200945539Y，该专利自述为：通过在接头的胶层中添加玻璃纤维，玻璃纤维中带有缓凝剂，当胶粘接头受力产生裂纹时玻璃纤维断裂，释放出缓凝剂可以有效修复裂纹。该方法不足之处在于：需要在胶层中添加额外的玻璃纤维，不利于自动化生产，另一方面，该方法仅仅适用于裂纹程度较小的环境，对于接头受力产生明显变形、胶层撕裂的环境，该方法不能完成修复。
发明内容
本发明针对上述现有技术的问题，提出了一种用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，使其利用螺柱焊热输入小、焊接速度块、效率高的特点，以及在工件上表面打孔进行塞焊，克服胶层对焊接质量的影响，利用电弧热熔化焊钉端部金属以及接头钢板形成熔池，焊接结束后在焊钉挤压作用下使熔化金属均匀填充于焊钉与接头之间，冷却形成焊点。
本发明是由以下技术方案实现的，本发明包括如下具体步骤：
步骤一，对胶粘接头上表面进行清洁处理；
所述清洁处理，是指使用纱布擦拭接头表面灰尘，并擦拭去除接头表面油污，使用砂轮、砂纸清除接头表面铁锈以及镀层，避免在焊接过程中熔化的金属中形成夹杂、气孔质量缺陷。
步骤二，清洁处理后，在胶粘接头的钢板上钻孔；
所述钻孔，其所钻孔的孔径与焊钉直径相同，孔深等于接头上层钢板与胶层厚度总和，通过打孔去除胶层，从而降低胶层对熔池形成质量的影响。
步骤三，用焊钉夹头夹持焊钉，使焊钉通过上层钢板的孔与下层钢板紧密接触；
所述焊钉，为阶梯状回转体，从上而下分别为夹持部、法兰、工作部以及引弧部。
所述夹持部，其直径与螺柱焊枪焊钉夹头尺寸相吻合。
所述法兰，其直径大于焊钉的工作部直径，也大于焊钉的夹持部直径，法兰抑制熔池飞溅与散热，有利于降低熔池中生成空穴的可能性，细化微观组织，提高机械性能；同时，焊接热可以熔化部分法兰，结合熔池溢出金属形成“帽型”熔池，提高接头的机械强度。
所述工作部，其直径是接头钢板厚度的8倍到10倍，长度大于孔深。
所述引弧部为锥形，锥度为160度。
步骤四，在步骤三焊钉位置确定好之后，焊机模式设为长周期气体保护焊接模式，然后通电焊接，形成液态帽形熔池；
所述气体保护焊接模式，其焊接保护气体流量为5～7升/分钟。
所述形成液态帽形熔池，是指：给焊钉通电，用焊钉夹头将焊钉提起，焊钉与接头下层钢板之间产生电弧，并随高度提升电弧，以引弧部锥顶为中心弧柱长度与直径迅速变大，焊钉引弧部以及孔底部胶粘接头金属、孔内壁金属受热熔化，所有熔化金属共同形成液态熔池，焊接完成时焊钉到达焊枪设定最大提升高度。
步骤五，步骤四焊接结束后，将焊钉插入熔池，待室温冷却，形成焊接接头。
所述形成焊接接头，是指焊钉插入熔池后，使熔化金属流动，均匀填充于焊钉与样件之间的空隙中，室温冷却后熔化金属凝固，形成焊接接头，焊接接头由焊钉工作部、法兰、熔池以及接头金属共同形成。
本发明具有如下有益效果：本发明中采用焊钉法兰，有效抑制焊接过程中熔池飞溅，降低热量散失速度，而且焊后该法兰与上层钢板熔化金属粘接形成一体，增大了焊钉与接头的接触面积，相比无法兰焊钉而言，接头承载能力提高了50～80％；本发明方法简单、经济、效率高、容易实现，结合特定几何形状的焊钉，修补后的胶粘接头最大静拉剪力接近甚至超过对应接头金属材料合格点焊接头强度、质量稳定可靠。
附图说明
图1本发明气体保护螺柱塞焊状态示意图；
图2本发明焊钉结构示意图；
图3本发明修补后胶粘接头剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
本实施例所焊接接头钢板为无镀层冷轧高强钢BQ170P，每一层钢板厚度为0.75mm，胶粘剂为热固化环氧树脂胶，胶层厚度为0.35mm，接头总厚度为1.85mm。
本实施例包括如下具体步骤：
步骤一，在焊接之前先对接头上钢板4表面进行清洗，用砂纸对接头打孔位置进行打磨，去除表面铁锈、油漆物质，再用蘸工业乙醇的纱布擦拭接头上钢板4表面，去除油污、灰尘以及打磨铁屑杂质。
步骤二，使用5.5mm钻头在接头清洗位置打孔，孔深控制在1.1mm，而后用6mm扩孔钻头进行扩孔，用刮刀清除打孔部位胶层5，避免焊接过程中胶层5对焊接接头质量的影响。
步骤三，将接头使用固定夹具固定，用直径6mm焊钉夹头2夹持焊钉1，保持焊钉1与孔同轴，焊钉1通过上层表面孔与下表面紧密接触，并保证与上钢板4表面垂直。
如图2所示，所述焊钉1，为阶梯状回转体，从上而下分别为夹持部7、法兰8、工作部9以及引弧部10。
所述焊钉夹持部7直径6mm，工作部9直径为6mm，工作部9与引弧部10总长度为1.25mm，法兰8直径为14mm，厚度1mm。
步骤四，如图1所示，螺柱焊机焊机模式设为长周期气体保护焊接模式，焊接电流设为600安培，焊接时间设为150毫秒，焊钉1提升高度设为1.5mm，用二氧化碳与氩气比例为1∶4的工业气体作为焊接保护气，气体流量设为5升/分钟，参数调整好以后，触发焊接开关焊接，用焊钉夹头2将焊钉1提起，焊钉1与接头下层钢板6之间产生电弧，并随高度提升电弧，以引弧部10锥顶为中心弧柱长度与直径迅速变大，焊钉引弧部10以及孔底部胶粘接头金属、孔内壁金属受热熔化，所有熔化金属共同形成液态熔池11，气体保护装置3内的保护气在焊接过程中将焊接熔池11与外界大气完全隔离，避免由于熔池金属以及合金元素暴露在空气中高温氧化、烧损而造成冷却后的焊接接头力学性能下降，焊接完成时焊钉1到达焊枪设定最大提升高度。
步骤五，步骤四焊接结束后，将焊钉1插入焊接熔池11，室温冷却，形成焊接接头，焊接接头由焊钉工作部9、法兰8、焊接熔池11以及接头金属共同形成，焊后移除焊枪，修补过程完成，如图3所示。
与现有技术相比，本实施例有益效果如下：本实施例方法修补后的焊接接头强度平均值为4.0kN，波动范围为±3％，接近冷轧高强钢BQ170P合格点焊强度3.8kN；本实施例方法修补过程简单、时间短、效率高，避免部分带有失效胶粘接头的零部件由于缺乏可行的修补方法而报废。
实施例二
本实施例所焊接接头钢板为热镀锌双相钢DP600，每一层钢板厚度为0.8mm，胶粘剂为热固化环氧树脂胶，胶层厚度为0.35mm，接头总厚度为1.95mm。
本实施例包括如下具体步骤：
步骤一，在焊接之前先对接头上钢板4表面进行清洗，用砂纸对接头打孔位置进行打磨，去除表面锌层，再用乙醇的纱布擦拭接头上钢板4表面，去除油污、灰尘以及打磨铁屑杂质。
步骤二，使用7.0mm钻头在接头清洗位置打孔，孔深控制在1.15mm，而后用7.5mm扩孔钻头进行扩孔，用刮刀清除打孔部位胶层5与下层钢板镀锌层，避免焊接过程中胶层5和镀锌层对焊接接头质量的影响。
步骤三，将接头使用固定夹具固定，用直径6mm焊钉夹头2夹持焊钉1，保持焊钉1与孔同轴，焊钉1通过上层表面孔与下表面紧密接触，并保证与上钢板4表面垂直。
如图2所示，所述焊钉1，为阶梯状回转体，从上而下分别为夹持部7、法兰8、工作部9以及引弧部10。
所述焊钉夹持部7直径6mm，工作部9直径为7.5mm，工作部9与引弧部10总长度为1.3mm，法兰8直径为14mm，厚度1mm。
步骤四，如图1所示，螺柱焊机焊机模式设为长周期气体保护焊接模式，焊接电流设为650安培，焊接时间设为150毫秒，焊钉1提升高度设为1.5mm，用二氧化碳与氩气比例为1∶4的工业气体作为焊接保护气，气体流量设为6升/分钟，参数调整好以后，触发焊接开关焊接，用焊钉夹头2将焊钉1提起，焊钉1与接头下层钢板6之间产生电弧，并随高度提升电弧，以引弧部10锥顶为中心弧柱长度与直径迅速变大，焊钉引弧部10以及孔底部胶粘接头金属、孔内壁金属受热熔化，所有熔化金属共同形成液态熔池11，气体保护装置3内的保护气在焊接过程中将焊接熔池11与外界大气完全隔离，避免由于熔池金属以及合金元素暴露在空气中高温氧化、烧损而造成冷却后的焊接接头力学性能下降，焊接完成时焊钉1到达焊枪设定最大提升高度。
步骤五，步骤四焊接结束后，将焊钉1插入焊接熔池11，室温冷却，形成焊接接头，焊接接头由焊钉工作部9、法兰8、焊接熔池11以及接头金属共同形成，焊后移除焊枪，修补过程完成，如图3所示。
与现有技术相比，本实施例有益效果如下：本实施例方法修补后的焊接接头强度平均值为8.0kN，波动范围为±6％，接近热镀锌双相钢DP600合格点焊强度9.0kN；本实施例方法修补过程简单、时间短、效率高，避免部分带有失效胶粘接头的零部件由于缺乏可行的修补方法而报废。
实施例三
本实施例所焊接接头钢板为无镀层双相钢DP780，每一层钢板厚度为1mm，胶粘剂为热固化环氧树脂胶，胶层厚度为0.35mm，接头总厚度为2.35mm。
本实施例包括如下具体步骤：
步骤一，在焊接之前先对接头上钢板4表面进行清洗，用砂纸对接头打孔位置进行打磨，去除表面铁锈、油漆物质，再用工业乙醇的纱布擦拭接头上钢板4表面，去除油污、灰尘以及打磨铁屑杂质。
步骤二，使用9.5mm钻头在接头清洗位置打孔，孔深控制在1.35mm，而后用10mm扩孔钻头进行扩孔，用刮刀清除打孔部位胶层5，避免焊接过程中胶层5对焊接接头质量的影响。
步骤三，将接头使用固定夹具固定，用直径6mm焊钉夹头2夹持焊钉1，保持焊钉1与孔同轴，焊钉1通过上层表面孔与下表面紧密接触，并保证与上钢板4表面垂直。
如图2所示，所述焊钉1，为阶梯状回转体，从上而下分别为夹持部7、法兰8、工作部9以及引弧部10。
所述焊钉夹持部7直径6mm，工作部9直径为10mm，工作部9与引弧部10总长度为1.5mm，法兰8直径为14mm，厚度1mm。
步骤四，如图1所示，螺柱焊机焊机模式设为长周期气体保护焊接模式，焊接电流设为1350安培，焊接时间设为100毫秒，焊钉1提升高度设为1.5mm，用二氧化碳与氩气比例为1∶4的工业气体作为焊接保护气，气体流量设为7升/分钟，参数调整好以后，触发焊接开关焊接，用焊钉夹头2将焊钉1提起，焊钉1与接头下层钢板6之间产生电弧，并随高度提升电弧，以引弧部10锥顶为中心弧柱长度与直径迅速变大，焊钉引弧部10以及孔底部胶粘接头金属、孔内壁金属受热熔化，所有熔化金属共同形成液态熔池11，气体保护装置3内的保护气在焊接过程中将焊接熔池11与外界大气完全隔离，避免由于熔池金属以及合金元素暴露在空气中高温氧化、烧损而造成冷却后的焊接接头力学性能下降，焊接完成时焊钉1到达焊枪设定最大提升高度。
步骤五，步骤四焊接结束后，将焊钉1插入焊接熔池11，室温冷却，形成焊接接头，焊接接头由焊钉工作部9、法兰8、焊接熔池11以及接头金属共同形成，焊后移除焊枪，修补过程完成，如图3所示。
与现有技术相比，本实施例有益效果如下：本实施例方法修补后的焊接接头强度平均值为12.0kN，波动范围为±8％，接近无镀层双相钢DP780合格点焊强度11.0kN；本实施例方法修补过程简单、时间短、效率高，避免部分带有失效胶粘接头的零部件由于缺乏可行的修补方法而报废。
Claims (10)
1.一种用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤一，对胶粘接头上表面进行清洁处理；
步骤二，清洁处理后，在胶粘接头的钢板上钻孔；
步骤三，用焊钉夹头夹持焊钉，使焊钉通过上层钢板的孔与下层钢板紧密接触；
步骤四，在步骤三焊钉位置确定好之后，焊机模式设为长周期气体保护焊接模式，通电焊接，形成液态帽形熔池；
步骤五，步骤四焊接结束后，将焊钉插入熔池，待室温冷却，形成焊接接头。
2.根据权利要求1所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述清洁处理，是指使用纱布擦拭接头表面灰尘，并擦拭去除接头表面油污，使用砂轮、砂纸清除接头表面铁锈以及镀层。
3.根据权利要求1所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述钻孔，其所钻孔的孔径与焊钉直径相同，孔深等于接头上层钢板与胶层厚度总和。
4.根据权利要求1所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述焊钉，为阶梯状回转体，从上而下分别为夹持部、法兰、工作部以及引弧部。
5.根据权利要求4所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述夹持部，其直径与螺柱焊枪焊钉夹头尺寸相吻合；所述引弧部为锥形，锥度为160度。
6.根据权利要求4所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述法兰，其直径大于焊钉的工作部直径，也大于焊钉的夹持部直径。
7.根据权利要求4所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述工作部，其直径是接头钢板厚度的8倍到10倍，长度大于孔深。
8.根据权利要求1所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述气体保护焊接模式，其焊接保护气体流量为5升/分钟～7升/分钟。
9.根据权利要求1所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述形成液态帽形熔池，是指：给焊钉通电，用焊钉夹头将焊钉提起，焊钉与接头下层钢板之间产生电弧，并随高度提升电弧，以引弧部锥顶为中心弧柱长度与直径迅速变大，焊钉引弧部以及孔底部胶粘接头金属、孔内壁金属受热熔化，所有熔化金属共同形成液态熔池，焊接完成时焊钉到达焊枪设定最大提升高度。
10.根据权利要求1所述的用于胶粘接头修补的螺柱塞焊复合连接方法，其特征是，所述形成焊接接头，是指：焊钉插入熔池后，迫使熔化金属流动，均匀填充于焊钉与样件之间的空隙中，室温冷却后熔化金属凝固，形成焊接接头，焊接接头由焊钉工作部、法兰、熔池以及接头金属共同形成。
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