帕爾貼效應(yīng)在鋁合金電阻焊生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

胡廣程 劉廟義

安徽江淮汽車(chē)股份有限公司 安徽合肥 230000

汽車(chē)輕量化是指在保持汽車(chē)原有的性能不受影響的前提下實(shí)現(xiàn)汽車(chē)重量的減輕。在汽車(chē)的整備質(zhì)量中，車(chē)身的重量占了四分之一以上，輕量化是改善汽車(chē)燃料經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。對(duì)于國(guó)內(nèi)車(chē)型來(lái)說(shuō)，鋁合金材料是最適合的方案，目前已大范圍應(yīng)用。鋁合金點(diǎn)焊以其高效率、低成本、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的突出優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為白車(chē)身制造的主要工藝。本文通過(guò)對(duì)鋁點(diǎn)焊的工藝研究，將帕爾貼效應(yīng)應(yīng)用到實(shí)際鋁合金焊接中。珀耳帖效應(yīng)：當(dāng)電流通過(guò)不同導(dǎo)體組成回路時(shí)，除產(chǎn)生焦耳熱外，在不同導(dǎo)體的接頭處隨電流方向的不同會(huì)分別出現(xiàn)吸熱、放熱。物理解釋為：荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便釋放出多余的能量；相反，從低能級(jí)向高能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從外界吸收能量[1]。

由于鋁合金所具有的獨(dú)特性能，鋁合金極易被氧化，形成致密的氧化膜，其熔點(diǎn)極高、密度大，屬于難熔物質(zhì)，焊接時(shí)會(huì)夾雜在焊點(diǎn)位置，阻礙金屬之間的良好結(jié)合，導(dǎo)致未焊透、不融合現(xiàn)象。常用的5 系、6 系鋁合金板材擁有較大的線膨脹系數(shù)，線膨脹系數(shù)比鋼大2 倍[2]。在實(shí)際生產(chǎn)中，常規(guī)工藝參數(shù)無(wú)法避免的出現(xiàn)鋁點(diǎn)焊假焊、焊核偏移、焊點(diǎn)表面針孔等焊接質(zhì)量缺陷，下面根據(jù)實(shí)例進(jìn)行介紹。

兩層薄厚板焊接，以常用的汽車(chē)鑄鋁和6 系鋁板材為例，搭接厚度和材質(zhì)為S600（1．5mm）

+AlSi10MnMg（2．5mm），板材與板材之間焊點(diǎn)處涂3mm直徑膠水。焊接設(shè)備為ARO 廠家中頻逆變直流焊機(jī)MFDC1200，最大輸出電流：1200A，最大焊接電流：55KA；焊槍為C 型槍?zhuān)姌O材質(zhì)為CrZrCu，直徑20mm。

當(dāng)薄板側(cè)在負(fù)極側(cè)焊接，S600（1．5mm）薄板側(cè)存在假焊情況，薄板側(cè)直接脫落。分別增加對(duì)比驗(yàn)證，每組參數(shù)焊接，參數(shù)如下表1：

對(duì)比3-6 號(hào)焊點(diǎn)凹表面質(zhì)量問(wèn)題，進(jìn)一步金相切割確認(rèn)焊接效果：

由金相結(jié)果可以看出：1．焊核偏移偏向鑄件測(cè)。2．焊核成型趨向于正極側(cè)。3．正極在鑄件側(cè)鑄件側(cè)明顯焊透，而薄板側(cè)無(wú)熔融痕跡，焊核形狀為矩形，負(fù)極在鑄件側(cè)鑄件側(cè)熔核位置焊透，而薄板側(cè)部分焊透，焊核形狀為“蘑菇頭型”。經(jīng)過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)僅6 號(hào)滿足標(biāo)準(zhǔn)。故通過(guò)變更板材焊接側(cè)正負(fù)極來(lái)解決鑄件薄厚板焊接假焊問(wèn)題。

5系鋁合金Mg為主要合金元素，主要特點(diǎn)為密度低、抗拉強(qiáng)度高、延伸率高，具有良好的可焊接性能；6 系鋁合金的主要合金元素是Mg 與Si，具有良好的焊接性、可機(jī)加工性[3]。以常用的汽車(chē)車(chē)門(mén)5系鋁和6 系鋁板材為例，搭接材質(zhì)和厚度為5182（1．5mm）+S600（1．5mm），板材與板材之間焊點(diǎn)處涂3mm 直徑膠水。設(shè)備同上例。當(dāng)5182Ti/Zr（1．5mm）在正極側(cè)焊接，5182（1．5mm）側(cè)存在針孔問(wèn)題。分別增加對(duì)比驗(yàn)證，基礎(chǔ)焊接參數(shù)下進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表2：

變更變壓器的正負(fù)極，對(duì)比焊點(diǎn)表面質(zhì)量，各實(shí)驗(yàn)進(jìn)行48 組，5182 正極側(cè)17 個(gè)針孔，而5182 負(fù)極側(cè)僅2 個(gè)。5 系鋁合金因含Mg 元素，更活潑，若放在正極側(cè)，輸入熱量高，更易產(chǎn)生過(guò)燒、針孔等問(wèn)題。

表1

表2

帕爾貼效應(yīng)普遍存在于焊接連接中，本文著重分析了常見(jiàn)電阻焊中正負(fù)極的影響，提出焊槍正負(fù)極的重要性，在一定程度上解決假焊、焊核偏移、焊點(diǎn)表面針孔等焊接問(wèn)題。