[发明专利]轻金属与镀层钢板的异种金属点焊系统及其焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属焊接技术领域的装置及方法，具体是一种轻金属与镀层钢板的异种金属点焊系统及其焊接方法。

背景技术

由于铝、镁等轻合金材料的密度远小于钢材而受到各大汽车生产厂商的青睐，然而先进钢材的总体力学性能仍然要优于轻合金材料，因此采用轻合金与先进高强钢的多材料连接结构成为汽车轻量化的首选方案，这就涉及到轻合金和钢之间的异种连接。

因为铝钢之间的熔点、热膨胀系数和导电率差异巨大以及熔焊时易形成硬脆相——金属间化合物，所以难以形成性能良好的接头。国外提出了一种使铆钉与板料之间形成牢固互锁的机械冷成形工艺-半空心铆钉自冲铆接，该方法有效避免了异种材料熔化焊时存在的问题。然而铆接铸造铝合金和镁合金等低延展率轻合金材料时接头容易产生裂纹甚至脆裂；而在铆接钢材时，由于钢材强度高变形困难，需要较大的铆接力，一方面需要增加铆钉强度以免铆钉发生严重墩粗和开裂，另一方面对设备各项性能指标也提出了更高要求，从而增加了车身的连接成本。激光焊接铝合金与钢可有效控制金属间化合物的厚度，接头强度容易满足要求，但是需严格控制激光束的能量和板件间隙，导致工艺成本非常高。搅拌摩擦焊具有较低的能量输入、较小的变形等优点，比较适于焊接铝材。但是采用这种方法时，接头的形状受到很大的限制，对于形状复杂的汽车车身，难以通过夹具保证薄板零件之间的装配精度，从而大大限制了搅拌摩擦焊在汽车车身中的应用。

经过对现有技术的检索发现，Fronius公司提出一种称作冷金属过渡(Cold Metal Transfer，简称CMT)的电弧焊工艺，并通过CMT熔钎焊方法实现了铝板与镀锌钢板之间的连接，即焊接过程中铝板熔化，而钢板不熔化，通过焊丝钎料实现铝合金和镀锌钢的连接。由于CMT方法通过焊丝的机械回抽实现金属熔滴的过渡，与常规的电弧焊工艺相比热输入大大降低，因此可以有效减小铝钢界面金属间化合物的厚度，从而保证了接头的力学性能，成为一种极具应用前景的铝合金和钢异种连接方法。但CMT熔钎焊方法存在以下缺陷：(1)目前该方法只用于缝焊，由于铝合金与钢的热膨胀系数差异较大，接头存在较大的焊接变形；(2)缝焊时，铝合金与钢板之间必须为搭接接头，这对传统的车身零部件设计提出了挑战，难以推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种轻金属与镀层钢板的异种金属点焊系统及其焊接方法，通过在轻金属与镀层钢板之间形成点熔钎焊接头，实现轻金属与钢的点连接，在保证异种金属连接质量的同时，解决了连续缝焊使接头产生严重变形的问题，并对传统的以电阻点焊工艺连接为主的车身零部件接头设计不产生影响，从而大大降低了车身的设计和制造成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种轻金属与镀层钢板的异种金属点焊系统，包括：CMT电弧焊系统、气瓶、机器人控制模块、机器人和夹紧装置，其中：电弧焊系统与机器人控制模块相连并传输焊接控制信号，气瓶与CMT电弧焊系统连通，机器人控制模块与机器人相连，传输机器人运动的控制信号。

所述的CMT电弧焊系统包括：焊枪、送丝机、焊丝、主机电源和冷却液箱，其中：焊枪分别与送丝机、主机电源以及冷却液箱相连，且焊枪固定设置于机器人的端部，送丝机与主机电源相连并接收控制指令，焊丝位于送丝机内并经焊枪加热熔化后作为填充金属滴入带孔轻金属板的工艺孔中并与母材熔合形成接头，冷却液箱与主机电源相连接并接收控制指令并与CMT电弧焊系统相连接，在焊接过程中冷却CMT电弧焊系统，主机电源与机器人控制模块相连以传输焊接过程中的输入输出信号。

所述的带孔轻金属板上设有一个为圆柱形或圆台形结构的工艺孔。

所述的钢板为镀层钢板，其基体金属为低碳钢、高强钢、先进高强钢或超高强钢等，镀层为锌、锡、铜或镍基合金镀层，镀层厚度为5-50微米；

所述的气瓶内装保护气体，为焊接过程提供惰性保护气氛。

所述的机器人为拥有六个旋转运动轴的工业机械臂，承重能力和工作半径满足电弧焊要求，在焊接过程中带动装在第六轴的焊枪，使其精确定位轻金属板孔洞的中心位置。

本发明涉及上述系统的焊接方法

1)预先在轻金属板上打出若干工艺孔；

2)将带孔轻金属板重叠放置于镀层钢板之上并通过夹紧装置夹紧，上下金属板之间相接触；

3)机器人带动焊枪运动并使焊枪中的焊丝与金属板面垂直且对准带孔轻金属板的工艺孔的中心位置；

4)机器人控制模块向CMT电弧焊主机电源发出焊接过程开始的控制信号并打开气瓶预先通保护气体，在带孔轻金属板上形成保护气氛围；