铝合金电阻点焊的加工工艺研究

摘要 铝合金电阻点焊技术是一项即将在汽车制造中获得广泛应用的技术，其在各种焊接方法中，具有静强度高、可靠性好、性能稳定、产效率高和易于实现自动化等优点，对车身的轻量化有着重要的作用及研究意义，但铝合金电阻焊生本身也具有很大的焊接缺陷，包括铝合金的焊接性不好、焊点质量不稳定、电极烧损严重使用寿命短等，需要我们更好的试验研究，解决铝合金的焊接问题。本文慨述了铝合金电阻点焊的工艺特点、点焊工艺中的问题，以及国内外在这方面的研究现状，进行了焊接接头的影响因素的试验，并指出了铝合金点焊时影响接头质量稳定性的因素及工艺缺陷。对工艺焊接参数进行了正交分析实验，获得了最佳的工艺优化,完成了铝合金的加工工艺设计。 Abstract Resistance spot technology of Aluminum is applied widely in automobile manufacturing. In Itsvarious welding method, with the advantages of static strength, high reliability, performance stability,high production efficiency and easy to realize automation.It`s play a important role in the lightweight of car and have a great research significance. But aluminum alloy resistance we- lding itself also has great welding defects. Including the bad of aluminum alloy welding sex, anstable of solder qualityand so on . Then we need to solve the experimental research of alum-inumwelding problembetter.This paper describes the process characteristicsof aluminium alloy resistance spot. the problem of welding process and the research status in this respect at home andabroad.we have a experiment of the factors in welding joint .Pointed out the majorfactors which affect of the quality of welding joints in aluminum alloy spot. And we have a orthogonal analysis experiment of the process of welding parameters.The last ,Acquired optimal processoptimization and pleted the design of aluminum alloy processing. 目录摘要 Abstract 目录 第一章绪论1 1.1 前言1 1.2 铝合金电阻点焊研究的必要性1 1.3 铝合金点焊所存在的问题及现状研究3 1.3.1 所存在的问题3 1.3.2 问题的研究6 1.4 本文研究的内容以及方案7 第二章铝合金电阻点焊工艺特点分析8 2.1 电阻点焊的原理及特点8 2.1.1 焊点的形成8 2.1.2 点焊的工艺参数9 2.1.3 点焊的焊接循环10 2.1.4 点焊的应用10 2.2 铝合金电阻点焊的工艺特点11 2.2.1 焊接性能分析11 2.2.2 工艺特点及分析12 2.2.3 工艺措施及焊机的选择13 2.3 微量元素在铝合金电阻焊中的作用13 2.4 焊前的工件清理14 2.5电阻点焊的焊接工艺参数15 2.6 本章小结17 第三章铝合金点焊的试验设计及其分析18 3.1 实验材料及设备18 3.1.1 实验材料18 3.1.2 试验设备18 3.2 试验方法19 3.2.1 加压方式20 3.2.2 实验参数20 3.2.3 试验结果21 3.3 实验结果分析24 3.3.1 焊接电流不同对工艺的影响24 3.3.2 焊接时间不同对接头的影响25 3.3.3 电极压力对接头性能的影响26 3.4 点焊缺陷及其影响27 3.4.1 未熔合与未完全熔合27 3.4.2 缩孔、裂纹与结合线伸入28 3.4.3 表面烧伤、烧穿和喷溅29 3.4.4 过烧和晶间腐蚀29 3.5 本章小结30 第四章铝合金电阻焊的加工参数优化设计31 4.1 引言31 4.2 点焊工艺参数优化的理论基础31 4.2.1 正交实验法的基本思路31 4.2.2 正交试验的理论基础31 4.3 铝合金电阻点焊的正交实验设计34 4.4 实验数据分析35 4.5 实验结论36 4.6 本章小结36 致谢38 参考文献39 第一章 绪论 1.1 前言 随着我国工业的迅猛发展，对工业产品(特别是汽车)外壳用材的性能提出了更高的要求，并促进了产品钢材的更新换代。例如：为了减轻车身总体质量，节省能源消耗，世界各大汽车公司正在开发铝合金或高强钢车身的汽车．铝合金的应用和铝合金焊接技术的发展是相辅相成的，汽车上的铝合金结构件多数要求焊接．并要求焊缝有良好机械性能。在汽车制造业长期以来广泛应用的电阻点焊工艺方法，具有机械化、自动化程度高、生产率高、焊接质量可靠的特点。将单个零件拼接成车身结构的工作属于汽车制造商的核心技术。为保证焊接质量，研究铝合金等新材料的电阻点焊性能已成了非常迫切的任务。近年来，各国焊接工作者就此做了大量的理论及实际研究工作，并取得了一定的成绩。铝及其合金是汽车轻量化的最重要材料，同时铝的消费指标及生产能力也是衡量一个国家和地区工业发展基础和技术进步程度的重要标志—[1]。 铝合金电阻焊连接技术在汽车车体组装过程中占有重要地位，是汽车车体生产的关键技术。近年来，汽车工业发达国家都有铝制车体的概念车或批量生产的车型问世，而我国在汽车车体轻量化应用研究方面基本属于空白。在国产化的铝合金汽车车体研究中，采用传统的电阻点焊技术，遇到许多困难：如设备投资巨大、电力消耗严重、焊接质量不稳定及需要进行大量铝合金电阻点焊工艺研究开发等(目前，国内在铝合金电阻点焊方面仍存在许多有待解决的问题)。因此，为了推广铝合金在汽车、家电等行业中的应用，必须对铝合金的点焊性能作进一步深入细致的研究。 在各种焊接方法中，点焊具有静强度高、可靠性好、性能稳定、生产效率高和易于实现自动化等优点，因此目前在汽车车身结构上被广泛采用。

1.2 铝合金电阻点焊研究的必要性

能源短缺和环境污染已经成为目前制约全球经济，社会发展的两大问题。交通运输业是导致能源短缺和环境污染尤其是空气污染的一个主要因素，在美国该行业的石油消耗占到了石油消耗的三分之二，其中汽车燃油的比例为75%。在我国，汽车燃油的比例高达85%，据国际制造商协会统计，2011年全世界汽车生产总量为5754万辆，我国汽车产量也达到万辆，已居世界第8位，居估算，燃油汽车给城市造成了至少30%以上的空气污染，汽车排放所造成的污染已成为当今社会的一大公害，从80来年代世界各国尤其是发达国家就开始研究采取各种措施来减少汽车能源的消耗和排放污染。为此，美国制定了PNGV计划德国制定了3升汽车计划，汽车的轻量化是其中非常重要的一个途径，轻量化已经成为汽车发展的主要方向，对降低汽车能源消耗和减少环境污染是至关重要的。 铝合金材料是实现汽车轻量化得理想材料，铝合金的比重是碳钢的1/3,采用铝合金材料制造汽车车身，在保证具有与钢同样强度和刚度的前提下，车身重量可减少50%，整车重量可减少10%，同时可以减少相同数量的燃油消耗和环境污染。铝合金材料还被称为“绿色材料”，可反复回收利用，回收重熔铝合金所需能量仅是生产新铝合金所需能量的5%，而再生铝合金材料能够保持原有材料的性能，而不像一般碳钢具有良好的防腐性能，其表面只需稍加处理就可获得满意的防腐性能，而电镀，镀锌等处理不仅工艺复杂，成本高，而且环境污染严重。目前经济发达国家已开始进行铝合金汽车的研制，一些公司现已推出了铝合金汽车，如美国通用公司推出的“Precept”，福特公司推出的“合成-210”,德国宝马公司推出的“528”，德国大众推出的“奥迪A8”及推出的“奥迪A2”，现已都批量生产。 由于电阻点焊具有焊接质量可靠，生产效率高且易实现机械化和自动化等优点，在汽车工业领域获得了广泛应用，现在它已成为汽车制造领域中的主导加工工艺。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用。目前国外推出的铝合金汽车很少单独采用电阻点焊工艺，而大多采用气保焊，激光焊，胶焊等连接工艺。如新近推出的采用第二代铝合金空间架构（ASF）的“奥迪A2”就采用了MIG焊工艺和激光焊，但这些工艺并不适合汽车的规模化和连续化生产。为实现铝合金汽车的大规模化生产，就必须开展铝合金材料电阻点焊的研究。 在航空航天领域，为减轻飞行器的重量，大量的薄板结构采用了铝合金材料。电阻点焊是薄板结构最理想的连接工艺，铝合金点焊所存在的问题使得这些板筋结构目前的连接工艺还是铆接。与点焊相比，其具有刚性差，重量大等缺点。若解决了铝合金电阻点焊问题，大量采用点焊工艺，飞行器的重量将会进一步降低，动力学性能也会得到进一步的提高。