本研究針對鋼鋁點(diǎn)焊工藝在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中可能受到的干擾因素,對鋼鋁點(diǎn)焊過程、鋼鋁點(diǎn)焊接頭的宏觀微觀組織形貌特征和力學(xué)性能造成的影響規(guī)律進(jìn)行了深入的探究,并分析了其影響機(jī)理。本課題研究了4種存在于鋼鋁點(diǎn)焊生產(chǎn)工藝中的擾動(dòng)因素,分別是由于電極磨損造成的電極長短差異、由于電壓不穩(wěn)造成的電流擾動(dòng)、由于裝配誤差和工件尺寸精度造成的板材間隙和同樣由于裝配誤差和工件尺寸精度造成的電極傾角。設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)探究這4個(gè)因素對鋼鋁點(diǎn)焊的影響。每組實(shí)驗(yàn)制備拉伸試樣和撕裂試樣探究擾動(dòng)因素對力學(xué)性能的影響,制備金相試樣探究擾動(dòng)因素對宏觀微觀組織形貌特征的影響,并利用正交實(shí)驗(yàn)的分析方法分析其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對于力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行分析,確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法有雙變量的t檢驗(yàn)和響應(yīng)曲面法。聯(lián)系擾動(dòng)因素、宏觀微觀組織形貌特征和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的結(jié)果,分析擾動(dòng)因素對鋼鋁點(diǎn)焊過程和性能的影響機(jī)理和規(guī)律,期望對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)和幫助。研究表明,電極磨損（3mm內(nèi)）對鋼鋁點(diǎn)焊接頭的性能無影響;電流擾動(dòng)（±500A內(nèi)）使焊接電流增大時(shí),能提高點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能;板材間隙（0-1mm）能提高接頭的拉伸性... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

金屬間化合物形貌

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文5實(shí)驗(yàn)中使用的鋼材厚度為1.2mm，使用的鋁材厚度為1.0mm。共進(jìn)行了四組實(shí)驗(yàn)，鋼材表面的涂層分別為無涂層、純鋅鍍層、鋁鋅鍍層和鋁鎂鋅鍍層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，純鋅鍍層和鋁鎂鋅鍍層能在鋼鋁點(diǎn)焊的過程中通過共晶反應(yīng)清除鋁板表面的氧化層。該實(shí)驗(yàn)中，鋼板表面使用純鋅鍍層和鋁鎂鋅合金鍍層的實(shí)驗(yàn)組得到的十字拉伸試樣的受力峰值均達(dá)到了1.3kN[31]。Ibrahim等人在鋼板和鋁板之間添加了一層鋁鎂合金墊層，進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。實(shí)驗(yàn)所使用的鋁板為A6061-T6鋁合金，鋼板為394奧氏體不銹鋼，鋼板和鋁板的厚度均為2mm。實(shí)驗(yàn)表明，加入鋁鎂合金的中間墊層抑制了金屬間化合物的生成和成長，從而提升了點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能。通過使用中間墊層，研究人員得到了金屬間化合物厚度僅為2μm的點(diǎn)焊接頭。將得到的鋼鋁點(diǎn)焊接頭置于不同級別的拉伸疲勞應(yīng)力條件下，根據(jù)疲勞應(yīng)力級別的不同，研究人員觀察到了不同的疲勞斷裂模式。拔出斷裂、界面斷裂和鋁板方向的厚度斷裂分別對應(yīng)高級別疲勞應(yīng)力、中級別疲勞應(yīng)力和低級別疲勞應(yīng)力條件下的主要斷裂模式，見圖1-3。研究人員認(rèn)為斷裂模式的轉(zhuǎn)變和應(yīng)力下熔核的旋轉(zhuǎn)有關(guān)，如圖1-4所示。在較低應(yīng)力的條件下，熔核基本無旋轉(zhuǎn)，因此接頭的斷裂模式主要為鋁板方向的厚度斷裂。當(dāng)應(yīng)力條件提升，熔核旋轉(zhuǎn)加劇，斷裂模式就轉(zhuǎn)變?yōu)榱私缑鏀嗔押桶纬鰯嗔裑32]。圖1-3不同的疲勞斷裂模式Fig.1-3differentfracturemodes

第一章緒論6圖1-4不同疲勞應(yīng)力下點(diǎn)焊接頭的旋轉(zhuǎn)情況Fig.1-4therotationofweldsunderdifferentfatiguestress1.2.3電極形貌對鋼鋁點(diǎn)焊的影響通用汽車公司的Sigler等人嘗試改變電極頭的形貌，從而降低電極磨損，提升點(diǎn)焊過程中電極頭的使用壽命[33]。GM專利的多環(huán)形電極（圖1-6）能有效的擊穿鋁板表面的氧化層，極大的降低了鋁板和電極之間的接觸電阻[34,35]。因此，降低了電極和鋁板接觸處的產(chǎn)熱，抑制了鋁板和銅電極的反應(yīng)，提升了電極壽命。此外，該電極也進(jìn)一步集中了鋁板和鋁板接觸表面的能量輸入。多環(huán)形電極同樣能夠提升鋁點(diǎn)焊過程的穩(wěn)定性：使用多環(huán)形電極進(jìn)行焊接，即使在電極與板材之間出現(xiàn)焊接傾角或者鋁板材之間出現(xiàn)間隙的情況下，也能得到相對穩(wěn)定的鋁點(diǎn)焊接頭。西格萊爾等人的實(shí)驗(yàn)表明多環(huán)形電極同樣可以應(yīng)用于鋼鋁點(diǎn)焊和鋼鋼點(diǎn)焊，這表明可以在同一生產(chǎn)線上進(jìn)行鋼鋼點(diǎn)焊、鋁鋁點(diǎn)焊和鋼鋁點(diǎn)焊，避免了由于焊接材料的不同對生產(chǎn)線進(jìn)行頻繁調(diào)整。多環(huán)形電極的投入使用提高了實(shí)際生產(chǎn)線的效率和靈活性[36-39]。圖1-5多環(huán)形電極示意圖Fig.1-5thediagramofmulti-ringelectrode上海交通大學(xué)的張敏等人使用球面環(huán)裝電極進(jìn)行鋼鋁點(diǎn)焊的研究，如圖1-6

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電極形貌對鋁合金點(diǎn)焊工藝穩(wěn)定性的影響[J]. 王艷俊,朱政強(qiáng),楊上陸,陶武.  兵器材料科學(xué)與工程. 2017(04)
[2]鋁鋼異種材料攪拌摩擦點(diǎn)焊研究現(xiàn)狀[J]. 王澤,王敏.  焊接. 2016(06)
[3]汽車輕量化及鋁合金在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 鄭暉,趙曦雅.  鍛壓技術(shù). 2016(02)
[4]鋁合金/鍍鋅鋼異種材料薄板的超聲波點(diǎn)焊[J]. 溫昌金,李玉龍,趙誠.  焊接學(xué)報(bào). 2015(09)
[5]鍍鋅鋼-2024鋁合金異種金屬的電阻點(diǎn)焊[J]. 冀春濤,陶云,周曦文.  熱加工工藝. 2015(07)
[6]鋁-鋁板和鋁-鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊研究[J]. 陳思杰,武守輝,潘麗杰.  河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(01)
[7]鋁鋼焊接界面金屬間化合物形成的熱力學(xué)分析[J]. 石玗,何翠翠,黃健康,樊丁.  蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(04)
[8]鋼鋁一體化車身框架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)及最新進(jìn)展[J]. 鐘長藝,余本善.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2012(01)
[9]超聲波焊技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]. 倪泉,陳玉華.  現(xiàn)代焊接. 2011(10)
[10]車身輕量化與鋼鋁一體化結(jié)構(gòu)新技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 龍江啟,蘭鳳崇,陳吉清.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2008(06)

博士論文
[1]鋁合金/高強(qiáng)鋼異種金屬電阻點(diǎn)焊研究[D]. 張偉華.吉林大學(xué) 2011

碩士論文
[1]鋼鋁異種金屬電阻點(diǎn)焊接頭性能與界面行為的研究[D]. 張敏.上海交通大學(xué) 2018
[2]鋼-鋁電阻點(diǎn)焊數(shù)值模擬及預(yù)熱過程接觸面微觀機(jī)理研究[D]. 王煒杰.上海交通大學(xué) 2017
[3]汽車輕量化異種材料膠接接頭力學(xué)性能研究[D]. 楊曉莉.大連理工大學(xué) 2014
[4]汽車用鋼與鋁合金電阻點(diǎn)焊機(jī)理研究[D]. 崇玉良.上海交通大學(xué) 2012
[5]汽車用鋼板鋁板膠接性能研究[D]. 王玲.同濟(jì)大學(xué) 2007



本文編號：3509915