6061铝合金低功率电阻点焊工艺优化

作者:王烁;安家宏;冯永跃;杨亚楠;孙佳悦;赵芳 刊名:无线互联科技 上传者:姜南

【摘要】文章分析并优化6061铝合金低功率电阻点焊工艺;利用YR-155S型单相交流电阻点焊机对0.8mm的6061铝合金进行焊接;为实现单相低功率电阻点焊机焊接铝合金;在上下电极附加1mm的SUS304不锈钢工艺垫片;通过调整电极压力、焊接电流、焊接时间等参数;分析其对接头的熔核尺寸、熔透率、焊点压痕的影响;并通过正交试验对6061铝合金低功率电阻点焊工艺参数进行优化;

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为有效减少油耗、降低排放,汽车轻量化成为当代汽车行业发展的必然趋势。用轻质材料代替钢材是轻量化的重要手段。铝及其合金因其自身密度低、强度高的性能特点成为现今社会汽车轻量化的首选材料[1]。截至目前,全铝车身已经在部分高档轿车中应用,例如奥迪A8、宝马Z8,但远没有实现普及,限制铝合金应用的主要原因是设备投入成本和加工环节费用过高。汽车车身主要由5xxx系、6xxx系铝合金焊接而成,电阻点焊是普遍使用的焊接工艺[2]。然而,铝合金导电率大、导热率高,采用电阻点焊要求使用大功率的焊接设备,单相交流电阻点焊机很难实现铝合金的高质量焊接,提高了加工成本,限制了铝合金在车身应用中的发展。针对以上问题,采用YR-155S型单相交流电阻点焊机对0.8 mm的6061铝合金进行焊接工艺试验,通过采取在上下电极附加SUS304不锈钢工艺垫片的方法,提高焊接热效能,实现铝合金低功率的电阻点焊,并在此基础上利用正交试验优化工艺参数。1试验方法试验材料为0.8 mm的6061铝合金轧制板材,根据GB 2651—1989标准确定板厚为0.8 mm的铝合金材料可以选择宽度为20 mm、长度为100 mm的焊接试样,接头搭接量为20 mm。材料的搭接区域在焊前要仔细清理,除去油污、锈迹和表面的氧化层。打磨氧化层时要控制好力度,保证焊件表面打磨后残余的划痕不会对铝合金点焊造成影响。打磨完成后,利用无水乙醇擦拭试件表面,并利用风干机将板材吹干,保证氧化膜、油污、水渍充分清除。试验所用的电阻点焊机为唐山松下产业机器有限公司生产的YR-155S型单相交流电阻焊机,所用的电极头为铬锆铜电极,所用的工艺垫片为SUS304不锈钢,垫片的加工尺寸与焊接试件相同为100 mm×20 mm,在试件上下附加工艺垫片。焊接时进行正交试验,选择正交表L9(3/4)进行试验,焊接参数的因数水平如表1所示。焊后根据GB/T 2651—2008取拉伸试样,利用WAW-600型万能试验机进行室温拉伸试验。表1正交试验因素水平表水平电极压力F/k N焊接电流I/k A周波T/cyc 1 1.9 7.3 132 2.0 7.5 143 2.1 7.7 152试验结果与分析2.1撕裂试验分析将制备好的撕裂试样夹持在工作台上,加紧后对焊接好的试样进行撕裂试验。撕裂完成后用游标卡尺测量接头焊点处所留下的纽扣状凸台直径,并记录好焊点直径尺寸。撕裂试验可以初步分析点焊接头质量,撕裂完成后获得的撕裂试样如图1所示,焊点呈圆形,似纽扣状,从一块板上脱离产生一个空洞,黏在另一块板上形成凸台,说明点焊接头质量初步符合要求,没有出现虚焊、飞溅、过烧的缺陷。图1撕裂后接头2.2影响因素分析利用正交试验优化焊接工艺,评判标准是熔核直径和接头的最大抗剪力,正交试验实施过程与结果如表2所示。其中每一行表示焊接试验的参数组合,根据正交表进行9组试验,极差R结果中每一行为不同焊接参数下的极差值。极差R越大,该参数对该结果影响越大,即为参数优化时的主要影响因素[3-4]。无论是如何直径D还是抗剪力Fτ电流的极差,R值均最大,表明焊接电流对焊接接头的质量影响最大。由极差R分析可知,焊接电流对点焊接头质量的影响最大,焊接时间是次要因素,最后是电极压力,结果符合焦耳 定律Q=I 2RT。熔核形成时所需要的电阻热与电流的平方成正比,所以电流是试验结果的最大影响因素。因而在进行6061铝合金材料的电阻点焊时要严格控制焊接电流的大小,其次是焊接时间的影响。2.3工艺参数优化从图2熔核直径与抗剪力的均值效应的数据分析中可以看出,熔核直径随焊接电流、电极压力、焊

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