資源緊缺和環(huán)境危機(jī)是當(dāng)前全球制造業(yè)共同面對(duì)的兩大嚴(yán)峻問題,汽車制造業(yè)作為作為世界上規(guī)模最大、最重要的產(chǎn)業(yè)之一,已經(jīng)在往“輕量化制造”和“新能源”的方向發(fā)展。在汽車輕量化的進(jìn)程中,鋼鋁一體化車身結(jié)構(gòu)不失為一個(gè)首選方案,而電阻點(diǎn)焊由于其高效率、高自動(dòng)化程度、適應(yīng)性好、成本低等優(yōu)點(diǎn),仍作為汽車白車身制造中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而,鋼和鋁的熱物理性能相差較大,在焊接時(shí)極易產(chǎn)生脆硬的界面反應(yīng)物(intermetallic compound,IMC)而發(fā)生失效,阻礙鋼鋁一體化車身結(jié)構(gòu)的發(fā)展。由此,實(shí)現(xiàn)鋼鋁異種金屬的電阻點(diǎn)焊連接、獲得穩(wěn)定可靠的點(diǎn)焊接頭,對(duì)推進(jìn)汽車輕量化的進(jìn)程有著重大的意義。本文以1.2mm厚DP590高強(qiáng)鍍鋅鋼板材和1.2mm厚6061-T6鋁合金板材作為研究對(duì)象,采用自主設(shè)計(jì)的不同端面形狀電極——環(huán)形電極(ring-spherical electrode,RSE)和球形電極(spherical electrode,SE),采用鋁板在上接正極、鋼板在下接負(fù)極的疊放次序在不同的焊接條件下進(jìn)行多組點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn),并提出用去量綱化的變異系數(shù)(coefficient of variation,C.V)作為判斷鋼鋁異種金屬電阻點(diǎn)焊接頭穩(wěn)定性的指標(biāo),結(jié)合電阻點(diǎn)焊專業(yè)模擬軟件SORPAS的結(jié)果,綜合分析不同焊接條件下異種金屬點(diǎn)焊性能和界面行為的差異機(jī)理。在電極端面形狀影響的研究中發(fā)現(xiàn),自主設(shè)計(jì)的RSE型電極在單脈沖條件下獲得的點(diǎn)焊接頭相比SE型電極在熔核直徑、接頭強(qiáng)度及其變異系數(shù)、斷裂模式等方面具有更為優(yōu)良的性能,且在兩種電流模式下的點(diǎn)焊接頭裂紋風(fēng)險(xiǎn)因子(cracking risk factor,CRF)值均比SE型電極點(diǎn)焊接頭的CRF值低,這意味著電極端面的環(huán)狀設(shè)計(jì)對(duì)降低點(diǎn)焊接頭開裂傾向性有積極作用。本文研究了不同電流模式對(duì)鋼鋁點(diǎn)焊的界面行為及接頭強(qiáng)度的影響規(guī)律。采用單脈沖時(shí)RSE型電極點(diǎn)焊接頭IMC厚度小于2μm且分布均勻;SE型電極點(diǎn)焊接頭IMC厚度大于2μm、呈鋸齒狀分布,其接頭強(qiáng)度和穩(wěn)定性均較低。相比于單脈沖,多脈沖模式下增加了RSE型電極點(diǎn)焊接頭拉剪強(qiáng)度變異系數(shù),不利于接頭強(qiáng)度穩(wěn)定性;多脈沖下界面溫度曲線呈“脈沖性”變化,對(duì)形成較厚的IMC層有促進(jìn)作用,其點(diǎn)焊接頭界面IMC厚度分布較為均勻,厚度比單脈沖模式下厚約1.9~5.7μm,不利于接頭強(qiáng)度升高。在附加鍛壓力影響研究中發(fā)現(xiàn),附加鍛壓力后鋼鋁點(diǎn)焊接頭的最大拉剪載荷提高63.8%,在電流較小時(shí),一定范圍內(nèi)合適的高鍛壓力可以提升接頭的抗拉剪能力,而鍛壓力過大會(huì)造成焊點(diǎn)表面的壓痕率增加,對(duì)焊點(diǎn)的合格不利;因此,合適的附加鍛壓力對(duì)點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度有積極影響。相同熔核直徑范圍內(nèi),鋼表面不同狀態(tài)下的點(diǎn)焊接頭拉剪載荷高低排序?yàn)?有鍍鋅無鍍層噴丸,這主要與界面反應(yīng)物有關(guān)。噴丸處理對(duì)改善鋼鋁點(diǎn)焊接頭性能沒有積極作用,是因?yàn)閲娡杼幚硎沟娩撲X界面產(chǎn)生了較厚的IMC;無鍍鋅層的鋼鋁點(diǎn)焊接頭拉剪載荷和熔核直徑均降低;有鍍層狀態(tài)下點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度較高,其點(diǎn)焊性能更優(yōu)。針對(duì)1.2mm厚的DP590鍍鋅鋼與6061-T6鋁合金電阻點(diǎn)焊,采用自主設(shè)計(jì)的氧化鋁-銅RSE型電極,在單脈沖(焊接時(shí)間300ms,焊接電流12.0~13.0kA,電極壓力3500N)的情況下可獲得較高的點(diǎn)焊接頭拉剪載荷和較薄的界面IMC,且接頭的裂紋風(fēng)險(xiǎn)因子較小;附加鍛壓力(0.26~0.28MPa)后可顯著提高接頭的拉剪強(qiáng)度。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG453.9
【部分圖文】：

圖 1-1 激光搭接與對(duì)接焊接示意圖Fig.1-1 Schematic diagram of laser lap and butt weldingSun JunHao[24]等人采用激光焊研究AA6013鋁合金和Q235低碳鋼的連接時(shí)，通過合理調(diào)整焊接參數(shù)獲得了性能可觀的焊接接頭，即激光功率為 3.05kW、送絲速度為 6m/min和 0.5mm 的偏距時(shí)。此外，鋼鋁界面的“釬焊區(qū)”是焊接接頭的薄弱部分，界面生成的 IMC 包括靠近鋼基體的均勻 Fe2Al5 和靠近鋁熔核的針狀 FeAl3，總厚度范圍 1.8~6.2μm。裂紋從靠近鋁熔核的 IMC 處萌生擴(kuò)展，斷口最終呈典型的解理斷裂。A. Kouadri-David[25]等在激光焊接 DP600 鍍鋅鋼和 6082鋁合金時(shí)通過控制熔深和參數(shù)獲得了剪切強(qiáng)度為 140MPa 的焊接接頭，并使用額外的夾具裝置控制板件間隙后，接頭強(qiáng)度增加到 200MPa。但是激光焊接也有一定的局限性，例如設(shè)備配件價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)效益低；熔深限制材料的厚度；工件精度要求高，如果光束有偏移，容易造成焊接缺陷等，因此阻礙了激光焊接在汽車生產(chǎn)工藝中的大規(guī)模應(yīng)用。(2). 超聲波點(diǎn)焊

鋁側(cè)金屬溫度增長(zhǎng)至其熔點(diǎn)并發(fā)生金屬熔融化，此刻鋼側(cè)金屬溫度仍未達(dá)到熔點(diǎn)，保持固態(tài)，此時(shí)的焊接狀態(tài)是熔融的鋁在固態(tài)鋼表面的鋪展和潤(rùn)濕并從鋼側(cè)吸收了大量熱能；c.焊接后期，隨著熱源的撤銷，鋼側(cè)金屬內(nèi)部開始內(nèi)而外發(fā)生凝固，鋁側(cè)金屬則以鋼-鋁界面為中心向外發(fā)生凝固。萬子軒[48]使用ANSYS 軟件更為精確地模擬鋼鋁點(diǎn)焊過程的溫度場(chǎng)變化，很好的解釋了靠近鋼鋁界面的鋁熔核和鋼板內(nèi)部的鋼側(cè)熔核的雙熔核現(xiàn)象：他指出鋼板在整個(gè)點(diǎn)焊程中提供了約 75%的熱量，鋁板在焊接時(shí)升溫、熔化所需要的能量都主要依靠鋼板得散熱，而非本身電阻的產(chǎn)熱。(4). 失效形式的研究日本 I. Ibrahim等學(xué)者[38]研究鋼鋁異種金屬點(diǎn)焊接頭斷裂行為時(shí)指出焊點(diǎn)的疲勞斷裂模式跟載荷高低有關(guān)，且有三種典型的斷裂方式，即紐扣斷裂模式（載荷大于 3000N），剪切斷裂模式（載荷在 2250N~3000N 之間）及鋁板厚度斷裂式（載荷小于 2250N），且斷裂模式的轉(zhuǎn)變與熔核在載荷下的扭矩大小有關(guān)，如圖 1-2 所示。此外，他們還發(fā)現(xiàn)與 FSSW 的相同焊點(diǎn)相比，電阻點(diǎn)焊的斷裂強(qiáng)更高。

種金屬連接界面反應(yīng)研究現(xiàn)狀可知，鋼鋁點(diǎn)焊在界面處產(chǎn)生的脆性化合物是制約其接重要因素之一，為了獲得良好可靠的接頭，對(duì)其界面反也是必不可少的，國(guó)內(nèi)外也有大量學(xué)者在這方面做了很面反應(yīng)產(chǎn)物的研究?jī)煞N元素的固溶度很低，主要以金屬間化合物（鐵鋁化-3 為 Fe-Al 的二元相圖，由圖可知，當(dāng)鋁元素的原子，鋼鋁之間容易產(chǎn)生以 FeAl2，F(xiàn)e2Al5，F(xiàn)eAl3 為主要成C）。相關(guān)的文獻(xiàn)表明[52]，IMC 的性能與其中 Fe 原子的量增加時(shí)，其 IMC 的抗拉強(qiáng)度和塑性有所提高，對(duì)焊；當(dāng) Fe 原子含量減小而 Al原子含量增加時(shí)，IMC 層則化焊接接頭的力學(xué)性能。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 冀春濤;陶云;周曦文;;鍍鋅鋼-2024鋁合金異種金屬的電阻點(diǎn)焊[J];熱加工工藝;2015年07期

2 江大志;鞠蘇;張鑒煒;肖加余;;復(fù)合材料結(jié)構(gòu)輕量化方法及技術(shù)[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2014年09期

3 陳益平;曾敏;程?hào)|海;胡德安;;鋁/鋼異種材料點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能分析[J];熱加工工藝;2014年05期

4 石s

本文編號(hào)：2807953