[发明专利]基于CMT的轻金属电弧点焊方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电弧点焊方法，具体涉及一种基于CMT的轻金属电弧点焊方法及其装置，属于焊接技术领域。

背景技术

铝、镁等轻金属材料具有密度小、比强度高等特点，因此用轻金属材料替代传统钢材已成为汽车轻量化最主要的方法之一，这就涉及到轻金属之间连接的问题。

铝、镁等轻金属连接技术主要包括电阻点焊、搅拌摩擦点焊、半空心铆钉自冲铆接等。电阻点焊技术普遍应用于钢板车身的连接，而铝、镁等轻金属均具有热导率大、电阻率低、线膨胀系数大等特点，因此导致电阻点焊时能耗变高，电极表面磨损较快，焊核夹杂气孔严重，焊接过程产生飞溅，接头质量不稳定等问题；搅拌摩擦点焊属于固相连接技术，具有较低的能量输入、较小的变形等优点，虽然一定程度上避免了上述问题，但焊接结束后会留下工艺孔匙，容易产生应力集中，而且使接头强度降低，由德国发明的回填式搅拌摩擦点焊技术虽然焊后不会留下工艺孔匙，但其装备结构复杂，成本及控制精度要求高，且焊接速度慢；半空心铆钉自冲铆接是应用较为广泛的轻金属连接技术，该方法使铆钉与板料之间形成牢固互锁的机械冷成形工艺，能够有效地避免轻金属熔化焊时存在的问题，具有较高强度，但通常铝、镁等轻金属延展率较低，因此铆接轻金属材料时接头容易产生裂纹甚至脆裂，而且铆接薄板时对铆钉模具组合设计要求高，同时铆钉会使成本上升，而且无形中增加车身质量。

经过对现有技术的检索发现，Fronius基于熔化极惰性气体保护焊(MIG)发明了一种称作冷金属过渡(Cold Metal Transfer，简称CMT)的电弧焊工艺。由于CMT方法通过数字化控制使焊丝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，成为一种极具应用前景的轻金属连接方法。目前该方法通常用于缝焊，而铝、镁等轻金属材料线膨胀系数大，尤其在焊接薄板时接头会存在很大的焊接变形，难以很好地完成轻金属间的连接。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于CMT的轻金属电弧点焊方法及其装置，即采用夹紧机构结合冷金属过渡电弧焊技术(简称CMT)点焊，并在焊接结束前加入收弧阶段，以解决连续缝焊导致的接头严重变形的问题，从而提高点焊的接头质量及其稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于CMT的轻金属电弧点焊方法，采用夹紧机构在电弧点焊装置上实施，其通过所述夹紧机构将待焊轻金属板夹紧，将所述电弧点焊装置的具有焊丝的焊枪与轻金属板的板面垂直设置且焊丝对准待焊点位置，向待焊点位置预先通入保护气体后，以CMT模式引燃电弧，焊丝燃烧熔化轻金属板，经过收弧阶段后形成熔焊接头。

所述的CMT模式是指通过数字化控制使焊丝回抽实现金属熔滴的过渡。

所述的收弧阶段是指焊接结束前改变工艺参数进行焊接的过程。

所述的轻金属电弧点焊方法包括以下步骤：

第一步、将一轻金属板重叠放置于另一轻金属板上，并通过带有垫块的所述夹紧机构将其夹紧，该垫块位于下层轻金属板的待焊点位置之下，并与下层轻金属板紧紧贴合；

第二步、将所述电弧点焊装置的具有焊丝的焊枪与轻金属板的板面垂直设置且焊丝对准待焊点位置；

第三步、向待焊点位置预先通入保护气体后，采用预先设定好的焊接参数，以CMT模式引燃电弧，焊丝燃烧熔化上、下层轻金属板，该焊接参数为：焊接电流127A~178A，焊接电压15.3V~17.0V，送丝速度6.0m/min~8.0m/min以及焊接时间0.3s~1.9s；

第四步、进入收弧阶段，采用预先设定好的收弧参数进行收弧焊接，收弧结束形成熔焊接头，熄灭电弧并继续通入保护气体防止接头氧化，该收弧参数为：收弧电流16A~85A，收弧电压10V~12.6V，收弧时间0.1s~1.0s。

所述的待焊轻金属板为铝合金或镁合金。

本发明的另一技术方案为：

一种用于所述基于CMT的轻金属电弧点焊方法的夹紧机构，其包括：垫块、压块和压紧执行机构，所述垫块紧贴于重叠放置的两待焊轻金属板的下层轻金属板的下面，所述压块压置于该两待焊轻金属板的上层轻金属板的上面，所述压紧执行机构分别连接且驱动压块和垫块将两待焊轻金属板夹紧。

所述的垫块的基体材料为高熔点材料，该高熔点材料为铜或陶瓷。

所述的压紧执行机构为机械、液压或气压传动机构。

本发明的又一技术方案为：