本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于預(yù)沖壓變形處理的超聲波金屬焊接方法。

背景技術(shù)：

超聲波焊接是利用超聲波的高頻振動(dòng),在靜壓力的作用下將彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功和形變能的一種壓力焊接方法。隨著超聲波焊接裝備的發(fā)展，超聲波焊接已經(jīng)適用于金屬板材連接，并且因其高效、低耗、環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，超聲波金屬焊接具有廣闊的應(yīng)用前景。

超聲波焊接工藝中焊接參數(shù)(焊接時(shí)間、焊接壓力、焊接振幅等)對(duì)焊接效果影響復(fù)雜，另外材料硬度、表面粗糙度、材料尺寸、材料成分等均會(huì)使得焊接效果具有不穩(wěn)定性。目前有各種不同方法來改善焊接效果，包括優(yōu)化夾具、設(shè)計(jì)焊接單元等。超聲波焊接雖然可以實(shí)現(xiàn)金屬板材的高強(qiáng)度連接，但其應(yīng)用仍然存在相應(yīng)的問題：

1)焊接能耗需求高。在初始焊接界面形成階段，需要通過靜壓力使焊頭作用處板材產(chǎn)生變形，變形處上下板材強(qiáng)烈摩擦形成連接，靜壓力帶動(dòng)板材變形需要消耗大量超聲波能量。

2)界面流動(dòng)難。超聲波焊接、攪拌摩擦焊等固相焊界面一旦形成渦流狀攪拌形貌，即可增加焊接強(qiáng)度。然而，超聲波焊接只有在較大能耗時(shí)才能產(chǎn)生強(qiáng)烈塑性流動(dòng)，因此難以形成“自鎖”型界面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的焊接過程中的工藝參數(shù)對(duì)焊接效果的影響、焊接能耗高界面流動(dòng)難等技術(shù)問題，而提供一種預(yù)沖壓變形處理的超聲波金屬焊接方法。本發(fā)明主要通過對(duì)待焊接的板材進(jìn)行預(yù)變形處理，然后再進(jìn)行焊接，從而使焊接過程中焊點(diǎn)位置受力更均勻，能量更加集中，摩擦更充分，焊點(diǎn)界面形成強(qiáng)烈攪拌作用，從而提高焊接強(qiáng)度，節(jié)省焊接能耗，并可以形成不同形狀的焊點(diǎn)，滿足結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種預(yù)沖壓變形處理的超聲波金屬焊接方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將待焊接的板材放入模具固定限位后，對(duì)待焊接的板材進(jìn)行預(yù)變形處理，使待焊接的板材背面產(chǎn)生預(yù)設(shè)形狀及高度的凸臺(tái)；

S2、將預(yù)變形處理得到的板材與待焊接的基礎(chǔ)板材搭接，將超聲波焊頭移動(dòng)到預(yù)變形處理位置，進(jìn)行焊接，最終得到均勻牢固的焊接接頭。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中，采用沖壓、鍛壓或機(jī)械加工方法對(duì)待焊接的板材進(jìn)行預(yù)變形處理，亦或者是其他原理相似的處理方式進(jìn)行預(yù)變形處理。

進(jìn)一步地，經(jīng)過預(yù)變形處理形成的所述凸臺(tái)形狀為矩形、圓形、球形、多邊形或根據(jù)需要設(shè)置的形狀，不局限于上述的形狀，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，所述凸臺(tái)的高度小于等于2mm。所述板材的上表面形成的凹形結(jié)構(gòu)，可采用視覺識(shí)別技術(shù)配合機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化焊接。

進(jìn)一步地，所述待焊接的板材為可進(jìn)行超聲波焊接的金屬材料，板材厚度小于等于5mm。

進(jìn)一步地，所述待焊接的板材為鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋼鐵、銅合金或鎳合金。

較現(xiàn)有的焊接工藝相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、本發(fā)明可以減少超聲波焊接靜壓力對(duì)板材變形環(huán)節(jié)所需能量，消除焊點(diǎn)之外工件間的摩擦，使超聲波能量更有效的作用于焊接位置，焊點(diǎn)處摩擦更充分。因此可以降低焊接能耗，節(jié)省焊接成本。

2、本發(fā)明預(yù)沖壓形成的凸臺(tái)，可以使焊點(diǎn)位置受力更均勻，同時(shí)在靜壓力的作用下凸臺(tái)可以有效的壓入另一側(cè)焊接板材表面，形成界面的強(qiáng)烈攪拌，特別是在決定連接強(qiáng)度的焊點(diǎn)邊緣形成渦流狀互鎖結(jié)構(gòu)。

3、本發(fā)明預(yù)沖壓可以形成不同形狀的凸臺(tái)，通過不同焊點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以滿足不同結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能的需求。

4、本發(fā)明預(yù)沖壓變形后可在板材表面形成相應(yīng)凹痕，從而在配合機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化焊接時(shí)，為焊接位置識(shí)別提供了視覺特征值，可提高生產(chǎn)效率。

5、通過本發(fā)明焊接位置預(yù)沖壓變形處理，與相同焊接能耗條件下的直接焊接相比，焊接強(qiáng)度可大幅提高，增加了焊接工藝窗口，促進(jìn)了超聲波焊接的工業(yè)應(yīng)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明的待焊接的板材經(jīng)預(yù)變形處理后的凸臺(tái)的示意圖。

圖3為本發(fā)明預(yù)沖壓焊接與直接焊力學(xué)性能對(duì)比圖。

圖4為本發(fā)明預(yù)沖壓焊接與直接焊微觀組織對(duì)比圖。

圖中：1、待焊接的板材；2、模具上模；3、模具下模；4、焊機(jī)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，一種預(yù)沖壓變形處理的超聲波金屬焊接方法，包括如下步驟：

S1、將待焊接的板材1放入模具，通過模具上模2和模具下模3將待焊接的板材1夾持固定限位后，采用沖壓、鍛壓或機(jī)械加工方法對(duì)待焊接的板材1進(jìn)行預(yù)變形處理，使待焊接的板材1背面產(chǎn)生預(yù)設(shè)形狀及高度的凸臺(tái)(如圖2所示)，經(jīng)過預(yù)變形處理形成的所述凸臺(tái)形狀為矩形、圓形、球形、多邊形或根據(jù)需要設(shè)置的形狀，所述凸臺(tái)的高度小于等于2mm。

S2、將預(yù)變形處理得到的板材1與待焊接的基礎(chǔ)板材搭接，將焊機(jī)4的超聲波焊頭移動(dòng)到預(yù)變形處理位置，進(jìn)行焊接，最終得到均勻牢固的焊接接頭。

所述待焊接的板材1為可進(jìn)行超聲波焊接的金屬材料，為鋁合金、鎂合金、鈦合金、鋼鐵、銅合金或鎳合金等金屬，板材厚度小于等于5mm。

實(shí)施例1

采用本發(fā)明焊接鎂合金板材結(jié)構(gòu)件，制備過程包括以下步驟：

S1、將鎂合金板材1放入模具中，通過模具上模2和模具下模3將鎂合金板材1夾持固定限位后，開始沖壓，位移保持5s，沖壓結(jié)束后板材實(shí)測(cè)下壓量為0.10mm，得到的板材表面如圖2所示。

S2、將預(yù)變形處理的試件(上板)與另外待焊接的基礎(chǔ)板材(下板)放入焊機(jī)4中，定位使上板的預(yù)沖壓后位置與焊頭相對(duì)應(yīng)，可開始超聲波焊接，焊后即可得到高強(qiáng)度接頭。

采用不同焊接時(shí)間的方法對(duì)比預(yù)沖壓對(duì)焊接強(qiáng)度的影響，得到的結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯A(yù)沖壓后接頭強(qiáng)度與直接焊接相比有顯著的提升，特別是低能耗條件下焊接效果更為顯著。另外對(duì)焊接的接頭進(jìn)行微觀金相觀察，如圖4所示，圖4a)為未處理板材焊接接頭，圖4b)為預(yù)變形處理板材焊接接頭?？梢钥闯鲋苯雍附雍蠛更c(diǎn)界面平滑，而預(yù)沖壓后焊點(diǎn)界面成渦旋形貌，有效的增加了焊點(diǎn)強(qiáng)度。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。