[发明专利]一种基于辅助试样的异种材料连接装置

说明书

技术领域

本发明属于异种材料连接技术领域，特别涉及一种基于辅助试样的异种材料连接装置。尤其涉及一种基于辅助试样的钢和铝合金的连接装置，适用于连接传统焊接装置不易直接焊接的异种金属。

背景技术

电阻点焊是一种重要的材料连接方法，在汽车等行业被广泛应用。其焊接过程是在压力作用下实现，焊接时必须依靠外力使得被焊工件紧密接触，焊接电流通过工件释放电阻热实现焊接。

传统电阻点焊通常采用将上层试样和下层试样置于电阻点焊设备的上电极和下电极之间，其中上电极与下电极分别通过导电体与电源相连。通过在上电极和下电极之间施加压力，将上层试样和下层试样夹紧，再通过电源输出电流，电流经过上电极、上层试样、下层试样、下电极。根据焦耳定律，在上层试样和下层试样之间产生热量，最终形成焊核，使得上层试样和下层试样之间形成冶金结合，达到连接的目的。

上述方法被广泛应用于同种材料，尤其是钢铁材料的连接中。近年来，随着轻量化材料的应用，异种材料的连接需求日益增加，传统的电阻点焊方法不能适应异种材料连接的需求。主要原因是：不同材料之间物理和化学特性差异很大，并且在不同材料之间易发生化学反应生成脆性相，造成连接强度不足。比如，在钢和铝的电阻点焊中，就遇到了很大问题，主要表现在：钢与铝合金之间的固溶度较低、物理性能差异较大。钢的熔点比铝合金的熔点高，在焊接过程中，当铝合金完全熔化为液态时，钢仍处于固态。铝合金和钢在点焊时会在连接界面处生成脆硬的金属间化合物，直接影响接头的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于辅助试样的异种材料连接装置，解决了传统装置在物理及化学性能差异大的材料间焊接强度低，难以实现有效连接的问题。

一种基于辅助试样的异种材料连接装置，包括上电极1、下电极2、电源3、导电体4、上层试样5、下层试样6和辅助试样7。上电极1和下电极2通过导电体4与电源3相连接，下层试样6位于下电极2与上电极1之间，上层试样5位于下层试样6与上电极1之间，辅助试样7位于上层试样5与上电极1之间，最终在辅助试样7与下层试样6之间形成焊核。

上电极1和下电极2形状为锥形或球形，有压边功能或独立压边圈；

上层试样5、下层试样6和辅助试样7均为导电材料；

辅助试样7为圆形片状材料，由板料直接加工获得；

辅助试样7的熔点T₇高于上层试样5的熔点T₅，即T₇>T₅；下层试样6的熔点T₆高于上层试样5的熔点T₅，即T₆>T₅。

辅助试样7与下层试样6进行电阻点焊，获得的焊点强度为F₆₇，上层试样5与下层试样6进行电阻点焊，获得的焊点接头强度为F₅₆，满足F₆₇>F₅₆；即辅助试样7与下层试样6的电阻点焊性能优于上层试样5与下层试样6间的电阻点焊性能。

一种基于辅助试样的异种材料连接装置的使用方法，具体步骤如下：

1、上电极1、下电极2处于打开状态，在下电极2与上电极1之间依次放入下层试样6和上层试样5。

2、在上层试样5之上、上电极1下方放置辅助试样7。

3、移动上电极1或下电极2中的一个或者全部，使上电极1与辅助试样7相接触、下电极2与下层试样6相接触，在上电极1与下电极2之间施加压力N。

4、由电源3通过导电体4在上电极1和下电极2之间输入辅助电流I₀，辅助电流维持时间T₀，在电流作用下上层试样5发生软化或者熔化，在压力N作用下辅助试样7与下层试样6相接触。

5、由电源3通过导电体4在上电极1和下电极2之间输入焊接电流I，焊接电流维持时间T，在电流作用下辅助试样7与下层试样6进行焊接，形成焊核8。

6、停止输出电流，维持上电极1与下电极2之间的压力。

7、上电极1和下电极2抬起，回到步骤1中位置，完成一次焊接过程。

上电极1、下电极2的形式为锥形电极、球头电极、具有压边功能的电极或具有独立压边圈的电极。具有压边功能和独立压边圈的电极优点是，防止辅助试样7在焊接较厚材料的过程中发生变形上翘。