高强铝合金薄板电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法

摘要

本发明公开了一种高强铝合金薄板电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法，用于解决现有电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法效率低的技术问题。技术方案是采用上下轴肩同步旋转摩擦产热的方式，在点焊接头的上下面对同一熔核内裂纹进行双面同步愈合处理，与分面依次愈合处理相比，可缩短摩擦停留时间，提高愈合效率；针对薄板高强铝合金点焊结构件抗变形能力差的特点，利用上下轴肩的自支撑作用，不需垫板，可实现大型薄板多点点焊结构件熔核内裂纹的大批量愈合；愈合工具摩擦面设计带渐开线的凹槽，有益于热塑性金属的流动，可促进内裂纹的愈合。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法，特别是涉及一种高强铝合金薄 板电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法。

背景技术

高强铝合金塑性区窄、热导性好、高温塑性差且线膨胀系数大，在电阻点焊时， 其熔核凝固过程将产生极大的收缩应力，熔核内很容易出现裂纹。熔核内裂纹在载荷 作用下会不断扩展，并最终导致结构断裂，造成结构的永久性失效。因此，愈合高强 铝合金电阻点焊熔核内裂纹意义重大。

公知的针对内部裂纹有高温热能法、热力耦合法与脉冲电流法等愈合方法。高温 热能法利用高温促进原子扩散的原理实现裂纹愈合，需要将结构件整体加热到一定温 度并保温足够时间，适用于尺度较小的裂纹，但该法能耗大，愈合周期长且可愈合结 构件尺寸受制于高温炉腔大小。在高温热能法的基础上，采用热等静压或锻压方法施 加力的作用，促进裂纹愈合进程的热力耦合法，可愈合的裂纹尺度较大，但工艺相对 复杂，同样存在能耗大与愈合周期长的缺点。脉冲电流法依靠高脉冲电流产生的热量 实现裂纹的局部钝化愈合，愈合质量不高，能耗大且可愈合裂纹尺度较小。

高温热能法在愈合含熔核内裂纹的高强铝合金电阻点焊件时，长时高温处理会使 铝合金的强化相减少，强度降低；由于高强铝合金导电、导热性好，利用脉冲电流法 愈合时耗能更多；采用热等静压或锻压施力的热力耦合愈合方法不适合处理由熔核连 接的电阻点焊结构件。

文献“申请公开号是CN103212778A的中国发明专利”公开了一种基于搅拌摩擦的 裂纹修复方法，该方法针对板壳类金属结构表面裂纹与贯穿裂纹进行修复，首先根据 裂纹位置、尺寸、待修复材料与结构特征等设计制造摩擦修复工具。通过修复工具的 旋转实现轴肩与修复材料表面的摩擦，从而使修复区金属在摩擦热的作用下达到热塑 性状态，利用修复工具轴肩的旋转与顶锻作用实现裂纹周围热塑性金属的流动转移与 动态再结晶，从而实现对裂纹的填补修复。

其单轴肩有针修复工具修复贯穿裂纹、单轴肩无针修复工具修复表面裂纹的方法， 也不适于薄板铝合金的电阻点焊结构件熔核内裂纹的修复。有针修复工具将破坏熔核， 单轴肩修复工具应用于薄板构件时，须加垫板支撑，且同一熔核内裂纹的愈合需正反 面两次操作，效率低。

发明内容

为了克服现有电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法效率低的不足，本发明提供一种高 强铝合金薄板电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法。该方法采用上下轴肩同步旋转摩擦产 热的方式，在点焊接头的上下面对同一熔核内裂纹进行双面同步愈合处理，与分面依 次愈合处理相比，可缩短摩擦停留时间，提高愈合效率；针对薄板高强铝合金点焊结 构件抗变形能力差的特点，利用上下轴肩的自支撑作用，不需垫板，可实现大型薄板 多点点焊结构件熔核内裂纹的大批量愈合；愈合工具摩擦面设计带渐开线的凹槽，有 益于热塑性金属的流动，可促进内裂纹的愈合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强铝合金薄板电阻点焊熔 核内裂纹的愈合方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、上愈合工具1和下愈合工具7均选用4Cr5MoSiV1热作模具钢制作，轴肩 3的直径为点焊接头4压痕直径的1.5～2.0倍，轴肩3的摩擦面10加工3条深度为0.2～ 0.4mm的渐开线凹槽。

步骤二、确定愈合工艺参数。

旋转速度2为930～970rpm，摩擦停留时间为2～4s，摩擦压力F为5800～6200N， 上、下压量分别为0.15～0.25mm，上、下压速率分别为25～35mm/min。

步骤三、用砂纸打磨点焊接头4的上、下表面，去除表面氧化皮与污垢。

步骤四、将点焊件刚性固定。启动上、下愈合工具1、7同步旋转，当旋转速度达 到930～970rpm并稳定后，再同时下压上愈合工具1和上压下愈合工具7，使轴肩3 的摩擦面10与点焊接头4的上、下表面接触，开始摩擦；上、下愈合工具1、7以25～ 35mm/min下压速率同时下压和上压，达到0.15～0.25mm下压量后，开始摩擦计时， 摩擦停留2～4s后同时退出上、下愈合工具1、7，结束摩擦，停止上、下愈合工具1、 7的旋转。

步骤五、移动点焊结构件至下一个待愈合接头处，重复步骤四的操作。

步骤六、待愈合接头全部处理完毕后，对愈合区域产生的飞边9进行处理。

本发明的有益效果是：该方法采用上下轴肩同步旋转摩擦产热的方式，在点焊接 头的上下面对同一熔核内裂纹进行双面同步愈合处理，与分面依次愈合处理相比，可 缩短摩擦停留时间，提高愈合效率；针对薄板高强铝合金点焊结构件抗变形能力差的 特点，利用上下轴肩的自支撑作用，不需垫板，可实现大型薄板多点点焊结构件熔核 内裂纹的大批量愈合；愈合工具摩擦面设计带渐开线的凹槽，有益于热塑性金属的流 动，可促进内裂纹的愈合。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1为本发明方法愈合高强铝合金薄板电阻点焊熔核内部裂纹过程示意图。

图2为本发明方法用上愈合工具和下愈合工具的摩擦面示意图。

图中，1-上愈合工具，2-旋转速度，3-轴肩，4-点焊接头，5-点焊熔核，6-内裂纹， 7-下愈合工具，8-下压量，9-飞边，10-摩擦面。

具体实施方式

参照图1-2。本发明高强铝合金薄板电阻点焊熔核内裂纹的愈合方法具体步骤 如下：

1、制作愈合工具。

上愈合工具1和下愈合工具7均选用4Cr5MoSiV1热作模具钢制作，其轴肩3的直 径为点焊接头4压痕直径的1.5-2.0倍。为了促进点焊熔核5区域金属的流动，实现内 裂纹6周围热塑性金属的流动转移与动态再结晶，将轴肩3的摩擦面10加工3条深度 为0.3mm的渐开线凹槽。

2、确定愈合参数。

上、下愈合工具1、7的下压量8相同，其值稍大于点焊接头4的压痕深度。旋转 速度2、摩擦停留时间、摩擦压力F、下压速率等参数，应根据点焊结构件厚度、熔核 尺寸、内裂纹位置及其尺度综合确定。

3、表面处理。

用砂纸打磨点焊接头4的上下面，去除表面氧化皮与污垢。

4、愈合处理。

将点焊件刚性固定。启动上、下愈合工具1、7同步旋转，当其旋转速度达到设定 的旋转速度2并稳定后，再同时下压上愈合工具1和上压下愈合工具7，使轴肩3的 摩擦面10与点焊接头4的上下表面接触，开始摩擦；上、下愈合工具1、7以设定的 下压速率分别下压和上压，达到设定的下压量8后，开始摩擦计时，到达设定的摩擦 停留时间后同时退出上、下愈合工具1、7，结束摩擦，停止上、下愈合工具1、7的 旋转。

5、移动点焊结构件至下一个待愈合接头处，重复步骤4的操作。

6、飞边处理。

待愈合接头全部处理完毕后，对愈合区域产生的飞边9进行统一处理。

飞边9的处理可根据具体情况而定。单个或少量接头愈合后的飞边可直接利用手 动砂轮打磨处理；工业大批量生产可采用机械研磨方式，愈合后的点焊件依次通过高 速旋转的研磨盘，并注入研磨液，研磨完毕后再通过清洗刷盘去除残渣，确保批量生 产时的高效率。

实施例。

1.5mm+1.5mm 2A12-T4铝合金点焊单熔核内裂纹的愈合。熔核直径6.0mm，熔核 高度1.2mm，压痕直径8.0mm，压痕深度0.15mm；位于熔核中心部位的内裂纹沿结 合面近似上下对称分布，其高度约0.5～0.7mm、宽度约0.03～0.05mm。具体步骤如 下：

1、用4Cr5MoSiV1热作模具钢制作上愈合工具1和下愈合工具7。轴肩3的直径 设计为15mm，并将轴肩3的摩擦面10加工3条深度为0.2～0.4mm的渐开线凹槽。

2、选取旋转速度2为930～970rpm，摩擦停留时间为2～4s，摩擦压力F为5800～ 6200N，上、下压量分别为0.15～0.25mm，上、下压速率分别为25～35mm/min。

3、用砂纸打磨点焊接头4的上下面，去除表面氧化皮与污垢。

4、将点焊件刚性固定。启动上、下愈合工具1、7同步旋转，当其旋转速度达到 930～970rpm并稳定后，再同时下压上愈合工具1和上压下愈合工具7，使轴肩3的 摩擦面10与点焊接头4的上下表面接触，开始摩擦；上、下愈合工具1、7以25～ 35mm/min下压速率同时下压和上压，达到0.15～0.25mm下压量后，开始摩擦计时， 摩擦停留2～4s后同时退出上、下愈合工具1、7，结束摩擦，停止上、下愈合工具1、 7的旋转。

5、利用手动砂轮对愈合区域进行去飞边9的处理。