本发明专利技术提供一种焊接元件，用于焊接熔点差异巨大的第一金属和第二金属叠层结构，焊接元件的帽盖端部设有自毁部，在焊接过程中自毁部能快速损毁，实现将焊点中喷出的第二金属限制在帽盖的容纳腔中，同时也提升了焊接元件轴部的穿刺第二金属的效果，避免焊点发生严重的变形和裂纹。本发明专利技术焊接元件有效实现异种金属的电阻焊连接，提高接头连接强度和改善焊点质量。本发明专利技术还提供一种焊接元件的异种金属焊接方法。方法。方法。
【技术实现步骤摘要】
用于电阻点焊焊接异种金属的焊接元件及其焊接方法
[0001]本专利技术属于电阻焊领域，具体涉及一种用于电阻点焊焊接异种金属的焊接元件及其焊接方法。
技术介绍
[0002]异种金属连接能整合各自金属的性能优势，同时能满足设备轻量化发展需求，在包括汽车、轨道交通和航天航空等领域中具有广泛应用前景。但是异种金属之间直接焊接会面临诸多挑战，特别是由于两种金属的热物理性质差异巨大导致焊缝中形成大量的脆性金属间化合物和裂纹，这显著地恶化接头力学性能，限制了异种金属构件的应用。
[0003]尽管诸多焊接技术通过工艺优化等方法旨在实现高质量异种金属焊接，然而异种金属焊缝中容易产生脆性相和裂纹的自然本质仍然难以改变。因此直接对异种金属进行焊接是极其艰难的。避免直面异种金属焊接问题，巧妙地将异种金属连接问题转化为同种金属进行连接，这不仅能有效地降低焊接难度，同时极大提升焊接质量的可靠性，进而实现异种金属连接构件应用的可能。因此本领域一些焊接工艺通过各种辅助的焊接元件对异种金属进行有效地焊接。然而，采用焊接元件辅助对异种金属焊接时，关键问题为：既要保证焊接高效性(即焊接元件能高效穿刺其中一种金属，实现与另一种金属焊接)，同时也要有效地避免脆性金属间化合物导致接头脆化的问题。目前，部分电阻点焊工艺通过圆形片状的焊接元件辅助对铝/钢异种金属进行焊接，通过结合焊接工艺快速排出焊点中的铝合金，实现焊接元件与钢牢固的连接。然而圆形片状的焊接元件整体性较差，同时无法有效避免从焊点中排出金属的对焊点表面质量造成影响，因此对焊接元件结构进行优化设计，实现更加牢固可靠焊接的接头强度，同时兼顾解决从焊点中高速排出的飞溅金属导致的污染和破坏构件表面质量的问题，是本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种焊接元件，进一步提高异种金属焊接接头的强度，改善焊接质量和避免焊点发生严重变形问题；同时解决焊点中高速喷出低熔点金属问题。
[0005]根据本专利技术实施例的一个方面，提供一种用于电阻点焊焊接异种金属的焊接元件，所述焊接元件用于焊接第一金属和第二金属叠层结构，所述第一金属的熔点远大于第二金属的熔点，且所述的焊接元件的材质与第一金属的材质相同；所述的焊接元件由位于中部的轴部和围绕该轴部的帽盖构成，所述轴部的轴部端面在焊接时与待焊接金属面接触，所述帽盖具有容纳焊接时排出的第二金属的容纳腔，所述帽盖的帽盖端部与所述轴部整体朝向一致。在所述帽盖端部设有自毁部，该自毁部的端面在焊接时与待焊接金属面接触，用于阻挡焊接时排出熔化的第二金属。焊接时，所述的焊接元件在焊接电极的挤压下，所述的轴部穿刺第二金属板并与第一金属通过焊核实现焊接，从所述轴部边缘喷出熔化的第二金属遇到所述自毁部后填充到所述的容纳腔中，所述的自毁部在帽盖端部的挤压下快速损毁，使得帽盖端部至少部分区域最终紧紧地挤压在第二金属工件上。优选地，所述第一
金属的熔点大于1350℃，第二金属的熔点小于750℃。
[0006]在焊接过程中，焊接元件的自毁部首先或者与轴部的端面同时接触到低熔点金属工件表面上，实现帽盖、自毁部、轴部和低熔点金属之间形成封闭的容纳腔，所述的容纳腔可以在焊接过程中实时地收纳从焊点中排挤出的低熔点金属。随着轴部穿刺第二金属时焊接元件整体向第二金属下沉，自毁部在帽盖端部的挤压下随之快速损毁，实现原位损毁的自毁部一方面不妨碍焊接元件的轴部穿刺第二金属，另一方面还能持续维持容纳腔的封闭性能，有效地阻挡熔化的第二金属喷溅到焊接元件覆盖范围之外。完成焊接后，自毁部损毁，使得帽盖端部至少部分区域最终紧紧地挤压在第二金属工件上，扩大焊接元件对第二金属工件铆合范围，提升焊接接头的整体强度。
[0007]进一步地，所述的轴部端面与所述帽盖端部的端面之间的高度差H满足关系：H≤1.1t，其中t为第二金属工件的总厚度。优选地，当t≤1mm时，0＜H≤0.8t；当1mm＜t≤2.5mm时，0.3t≤H≤0.9t；当2.5mm＜t时，0.4t≤H≤1.1t。设置H≤1.1t，一方面防止在所述轴部还未完全穿刺第二金属时，帽盖端部就已抵触到第二金属表面进而妨碍轴部继续穿刺过程，提升了轴部穿刺效果；另一方面，在焊接完成后，可以有效地保证所述的帽盖端部能紧靠甚至牢固地挤压在第二金属工件的表面，使得帽盖端部给焊点提供额外的铆合力。而针对不同第二金属厚度，设置合适H值能充分保证所述的轴部有效穿刺第二金属工件，同时降低第一金属的焊点因为过大变形而产生裂纹。
[0008]进一步地，所述的自毁部高度H1满足关系：H≤H1，且H1
‑
H＜2t，其中H为轴部端面与所述帽盖端部的端面之间的垂直距离，t为第二金属工件的总厚度。优选地，1.1H≤H1≤1.6H。设计H≤H1可以实现自毁部先于或者与轴部端面同时接触到第二金属工件上，使得形成的容纳腔始终处在封闭的状态。H1
‑
H＜2t的尺寸设计，避免自毁部无法全面阻挡排出熔化的第二金属；自毁部的尺寸过高，在焊接前，在所述轴部端面接触到第二金属表面后，自毁部就发生较严重的变形或损毁，导致所述容纳腔密封性能下降；同时过高的自毁部尺寸，焊接元件在电极挤压下容易导致自毁部发生不均匀变形而引发焊接元件倾覆的问题，进而影响焊接效果。
[0009]优选地，所述的帽盖端部和自毁部表面存在绝缘镀层，自毁部表面设有高电阻或绝缘镀层(例如氧化铝层)，能有效避免焊接电流朝自毁部分流的效果，提升焊接电流的利用率和焊接效果的稳定性。
[0010]进一步地，所述的轴部端面直径D满足关系：0.7Dw≤D≤1.1Dw；优先地，0.8Dw≤D≤Dw，其中Dw为所述电阻点焊所采用的焊接电极端面的直径。而轴部端面直径与电极端面直径尺寸相接近，有利于集中电流密度快速熔化第二金属，实现对第二金属排出效果；另一方面，也有利于轴部端面与第一金属接触后存在足够大的接触面，使得产生的焊核的可以生长到可靠的尺寸大小，为接头以提供足够的强度。
[0011]进一步地，所述的自毁部可以通过卡合结构与帽盖端部进行分离和连接。通过卡合结构连接自毁部与帽盖边缘，一方面有利于焊接元件和自毁部的分别设计和制造过程，另一方面可实现自毁部与焊接元件在材质上的差异化，例如耐高温陶瓷材质和高分子等绝缘材质，进而提升自毁部的电阻率和损毁过程的可行性和全面性，同时避免帽盖端部直接接触到第二金属表面，降低焊点电化学腐蚀风险。
[0012]进一步地，所述的焊接元件最大外围直径Dm满足关系：1.5Dw≤Dm≤5Dw，其中Dw为
电阻点焊用的焊接电极端面的直径。该尺寸设计兼顾了对接头整体性能的提升，排出金属的有效收纳和焊接元件的整体重量考量，提升了焊接元件的焊接效果和经济性能。
[0013]进一步地，所述的焊接元件总体高度H2满足关系：当t≤1mm时，2.5mm≤H2≤4.5mm；当1mm＜t≤2.5mm时，2.8mm≤H2≤6mm；当2.5mm＜t时，3mm≤H2≤8mm；其中t为第二金属工件的总厚度。根据不同的第二金属厚度选择不同的焊接元件总体高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于电阻点焊焊接异种金属的焊接元件，所述焊接元件用于焊接第一金属和第二金属叠层结构，所述第一金属的熔点远大于第二金属的熔点，且所述的焊接元件的材质与第一金属的材质相同；所述的焊接元件由位于中部的轴部和围绕该轴部的帽盖构成，所述轴部的轴部端面在焊接时与待焊接金属面接触，所述帽盖具有容纳焊接时排出的第二金属的容纳腔，所述帽盖的帽盖端部与所述轴部整体朝向一致；其特征在于：在所述帽盖端部设有自毁部，该自毁部的端面在焊接时与待焊接金属面接触，用于阻挡焊接时排出熔化的第二金属；焊接时，所述的焊接元件在焊接电极的挤压下，所述的轴部穿刺第二金属板并与第一金属通过焊核实现焊接，从所述轴部边缘喷出熔化的第二金属遇到所述自毁部后填充到所述的容纳腔中，所述的自毁部在帽盖端部的挤压下快速损毁，使得帽盖端部至少部分区域最终紧紧地挤压在第二金属工件上。2.根据权利要求1所述的焊接元件，其特征在于，所述的轴部端面与所述帽盖端部的端面之间的高度差H满足关系：H≤1.1t，其中t为第二金属工件的总厚度。3.根据权利要求1所述的焊接元件，其特征在于，所述的自毁部高度H1满足以下关系：H≤H1，且H1
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H＜2t，其中H为轴部端面与所述帽盖端部的端面之间的垂直距离，t为第二金属工件的总厚度。4.根据权利要求1所述的焊接元件，其特征在于，所述的轴部端面直径D满足以下关系：0.7Dw≤D≤1.1Dw，其中Dw为所述电阻点焊所采用焊接电极端面的直径。5.根据权利要求1所述的焊接元件，其特征在于，所述的自毁部可以通过卡合结构与帽盖端部进行分离和连接。6.根据权利要求1所述的焊接元件，其特征在于，所述的焊接元件最大外围直径Dm满足以下关系：1.5Dw≤Dm≤5Dw，其中Dw为电阻点焊用的焊接电极端面的直径。7.根据权利要求1所述的焊接元件，其特征在于，所述的焊接元件总体高度H2满足以下关系：当t≤1mm时，2.5mm≤H2≤4.5mm；当1mm＜t≤2.5mm时，2.8mm≤H2≤6mm；当2.5mm＜t时，3mm≤H2≤8mm；其中t为第二金属工件的总厚度。8.一种利用权利要求1
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7任一所述焊接元件进行异种金属点焊...
【专利技术属性】
技术研发人员：李铭峰，杨上陆，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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