CN102672332A - 一种用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，在镀锌薄钢板电阻点焊连接时，在上电极和上层待焊镀锌钢板之间插入上层铜镍合金工艺垫片，在下电极和下层待焊镀锌钢板之间插入下层铜镍合金工艺垫片，铜镍合金工艺垫片的组分及其质量百分比为：镍含量40%-45%，锰含量1%-1.5%，余量为铜，电阻率为0.45-0.51
厚度为0.05-0.2毫米。本发明方法能够有效降低电极端面温度，降低电极磨损，延长电极使用寿命，铜镍合金垫片，与电极材料不易发生合金化反应，可进一步降低磨损，铜镍合金垫片本身的电阻生热能够促进点焊熔核的形成和生长，提高点焊接头质量，同时也能降低焊接所需电流降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体是一种用于降低镀锌薄钢板电阻点焊电极端面温度，提高电极使用寿命的方法。
背景技术
为了满足汽车轻量化、安全性与燃油经济性的需要，大量镀锌高强度薄钢板应用于车身制造中。电阻点焊是一种重要的薄板连接技术，是车身制造的主要焊接装配方法。相较于无镀层钢板，点焊镀锌钢板需要更强的焊接规范且镀锌层易与电极发生合金化，使电极磨损严重。随着钢板厚度的减薄（<0.6毫米），焊接区域的热量更易传导至电极帽，导致电极端面温度过高并加剧电极端面合金化反应，加快电极磨损。在镀锌薄钢板点焊过程中，需要频繁修整或更换电极，导致生产率的严重下降和生产成本的提升。
通过改变电极材料特性的方法，如使用能承受更高温度的材料来替换现有电极材料或通过热处理、表面渗层处理、电极端面熔敷涂层等达到硬化电极的作用，常用于延长电极使用寿命。但上述方法仅在点焊较厚钢板（>0.75毫米）中证实有效，在镀锌薄钢板点焊中，该方法的效用并不明确。此外，上述方法成本过高无法广泛应用于生产实践。通过优化电极冷却系统能有效降低电极端面温度，但研究结果表明使用该方法冷却效果有限，仍难以有效电极端面温度，延长镀锌薄钢板点焊电极使用寿命。
通过在电极与被焊材料间插入工艺垫片的方法，或能有效降低镀锌薄钢板电阻点焊过程中电极端面温度，从而提高电极使用寿命。工艺垫片的作用主要体现在两方面。一方面，通电加热过程中，工艺垫片本身的电阻生热能够促进点焊熔核的形成和生长，所需焊接电流也可适当降低；另一方面，工艺垫片的存在增大了电极端面与焊接区域间的距离，或能降低电极端面温度，提高电极使用寿命。对于镀锌钢板而言，工艺垫片阻隔了电极端面与锌层的接触，防止其发生金属合金化反应，能进一步延长电极使用寿命。工艺垫片材料、厚度等属性的选择与被焊材料特征密切相关，工艺垫片属性选择的好坏将直接影响该方法的实施效果。然而，目前未发现有关适用于镀锌薄钢板的工艺垫片材料的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于降低镀锌薄钢板电阻点焊电极端面温度，提高电极使用寿命的方法。通过在电极与被焊镀锌薄钢板间插入铜镍合金薄片，不仅促进了熔核形成和生长，降低所需焊接电流，更能有效降低电极端面温度，减少电极磨损延长电极使用寿命。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特点在于，在镀锌薄钢板电阻点焊连接时，在上电极和上层待焊镀锌钢板之间插入上层铜镍合金工艺垫片，在下电极和下层待焊镀锌钢板之间插入下层铜镍合金工艺垫片。
本发明方法的具体步骤如下：
将上层铜镍合金工艺垫片、上层待焊镀锌钢板、下层待焊镀锌钢板、下层铜镍合金工艺垫片由上至下依次叠放，并夹紧固定；
使上电极和下电极闭合，以常规电极力压紧并保持一定时间；
预压完成后，以常规的焊接参数使上电极和下电极通电完成一个焊点的焊接；
完成焊接后切断电流，上电极和下电极继续保持闭合以常规电极力压紧并保持一定时间；
最后打开上电极、下电极，待焊件自然冷却，取出上层铜镍合金工艺垫片和下层铜镍合金工艺垫片即可。
所述的上、下电极由铜及铜合金制成，如Cu-Cr-Zr电极，Cu-W电极或Cu-Al2O3电极等，电极无需特殊处理。电极端部形状不限，球面电极，圆顶电极，锥形电极或平面电极皆可。
所述的上、下层待焊镀锌钢板的材料、厚度等属性完全相同，其基体金属为低碳钢、高强钢、先进高强钢或超高强钢等。钢板的厚度为0.2-0.6 毫米，镀层厚度为0-30微米，即本发明方法亦可用于无镀层裸钢板。
所述的铜镍合金工艺垫片是由铜镍合金材料制成的薄片，组分及其质量百分比为：镍含量40%-45%， 锰含量1%-1.5%，余量为铜。
所述的铜镍合金工艺垫片的电阻率约为0.45-0.51 
。
所述的铜镍合金工艺垫片的厚度为0.05-0.20 毫米。
与现有技术相比本发明具有以下优点：本发明通过在点焊电极与待焊镀锌薄钢板之间加入铜镍合金薄片，能够有效降低电极端面温度，降低电极磨损，延长电极使用寿命。焊后镀锌钢板无镀锌层的破坏，无泛铜，有利于提高焊件的耐腐蚀性及电极寿命。所使用的铜镍合金垫片，与电极材料不易发生合金化反应，则可进一步降低磨损，提高电极寿命。此外，工艺垫片本身的电阻生热能够促进点焊熔核的形成和生长，提高点焊接头质量，同时也能降低焊接所需电流降低能耗。
附图说明
图1本发明实施例工艺方法示意图
图2本发明实施例电极端面直径随电极磨损的变化规律图
图3本发明实施例熔核直径随电极磨损的变化规律图。
具体实施方式
下面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具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，是在镀锌薄钢板电阻点焊连接时，在上电极1和上层待焊镀锌钢板3之间插入上层铜镍合金工艺垫片2，在下电极6和下层待焊镀锌4之间插入下层铜镍合金工艺垫片5。
本发明方法具体包括如下步骤：
在上电极1和下电极6之间将上层铜镍合金工艺垫片2、上层待焊镀锌钢板3、下层待焊镀锌钢板4、下层铜镍合金工艺垫片5由上至下依次叠放，并夹紧固定；
使上电极1和下电极6闭合，以预定电极力压紧并保持一定时间；
预压完成后，以预定的焊接参数使上电极和下电极通电完成一个焊点的焊接；
在达到预先设定好的焊接时间后切断电流，上、下电极继续保持闭合以既定电极力压紧工件防止产生焊接飞溅；
最后打开上电极、下电极，待焊件自然冷却，取出上、下层铜镍合金工艺垫片即可。
上电极1和下电极6均为Class 1 铬锆铜电极，电极端面直径为5 mm。
上层待焊镀锌钢板3和下层待焊镀锌钢板4都为双面镀锌低碳钢板（质量百分比 C：0.04C, Si：0.01, Mn：0.23, P：0.01P, S：0.01， 余量为Fe），钢板厚0.4 mm，双面镀层厚度为46g/m2。
所述的上层铜镍合金工艺垫片2和下层铜镍合金工艺垫片5都由组分及质量百分比为44%镍， 1%锰，55%铜的铜镍合金材料制成，其电阻率为0.49，厚度为0.12毫米。
工艺参数：预定电极力压力1.8 kN，预压时间200 ms，焊接电流为5.7 kA，焊接时间160 ms，焊后保压时间 40 ms。以 30焊点/分钟的焊接速度连续焊接，测试电极端面直径，熔核直径随电极磨损的变化规律，结果如图2，图3所示。
从图2，图3的结果可明显看出，本发明实例中通过使用0.12 mm厚组分及质量百分比为44%镍， 1%锰，55%铜的铜镍合金材料工艺垫片，电极端面直径增长速率明显降低。完成600个连续焊点后，传统电阻点焊电极端面直径增至6 mm，而使用工艺垫片后，电极端面直径仅为5.18 mm。如图3所示，传统电阻点焊工艺在完成300个连续焊点后，熔核直径下降至低于最低合格标准3.0 mm。本实施例中使用工艺垫片后，连续焊接2000点后，熔核质量仍然合格。
Claims (9)
1.一种用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于
在镀锌薄钢板电阻点焊连接时，在上电极和上层待焊镀锌钢板之间插入上层铜镍合金工艺垫片，在下电极和下层待焊镀锌钢板之间插入下层铜镍合金工艺垫片。
2.根据权利要求1所述的用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
将上层铜镍合金工艺垫片、上层待焊镀锌钢板、下层待焊镀锌钢板、下层铜镍合金工艺垫片由上至下依次叠放，并夹紧固定；
使上电极和下电极闭合，以常规电极力压紧并保持一定时间；
预压完成后，以常规的焊接参数使上电极和下电极通电完成一个焊点的焊接；
完成焊接后切断电流，上电极和下电极继续保持闭合以常规电极力压紧并保持一定时间；
最后打开上电极、下电极，待焊件自然冷却，取出上层铜镍合金工艺垫片和下层铜镍合金工艺垫片即可。
3.根据权利要求1或2所述的用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于所述的上层铜镍合金工艺垫片和下层铜镍合金工艺垫片的组分及其质量百分比为：镍含量40%-45%， 锰含量1%-1.5%，余量为铜。
4.根据权利要求3所述的用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于，所述上层铜镍合金工艺垫片和下层铜镍合金工艺垫片的电阻率分别为0.45-0.51 
。
5.根据权利要求3所述的用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于，所述的上层铜镍合金工艺垫片和下层铜镍合金工艺垫片的厚度分别为0.05-0.2 毫米。
6.根据权利要求1或2所述的用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于：所述上层待焊镀锌钢板和下层待焊镀锌钢板的厚度分别为0.2 -0.6 毫米，镀层厚度为0-30微米。
7.根据权利要求6所述的用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于所述上层待焊镀锌钢板和下层待焊镀锌钢板的基体金属为低碳钢、高强钢、先进高强钢或超高强钢。
8.根据权利要求1或2所述的于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于：所述的上电极和下电极分别由铜及铜合金材料制成。
9.根据权利要求8所述的于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法，其特征在于：所述的上电极和下电极的端部形状为球形、圆顶形，锥形或平面。
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