铝合金电阻点焊电极烧损机理的研究

电极烧损是铝合金电阻点焊工艺当中存在的主要问题之一 ,它严重限制了该工艺的推广和应用 ,也是铝合金电阻点焊研究中的难点问题。以实验为基础从多个角度探讨了铝合金电阻点焊时电极发生烧损的机理及其影响因素。结果表明 ,铝合金点焊中电极的烧损是由于接触面上的局部高温熔化和铜铝之间的接触反应两方面因素共同作用的结果 ,电极烧损所形成的合金组织是以CuAl2 为主的金属间化合物。为进一步解决电极烧损问题提供了一些理论依据     

电极形貌对铝合金点焊工艺稳定性的影响

针对铝合金电阻点焊的工艺不稳定性和低电极寿命问题,分别采用多环圆顶电极(MRD)和平头电极对2 mm厚5182-O铝合金进行电阻点焊对比试验。通过对焊点进行拉剪与正拉强度稳定性测试,对焊点、电极表面形貌进行对比研究。结果表明:相对于平头电极,MRD由于圆环的存在使氧化膜在电极压力的作用下被挤压到圆环附近,从而使氧化膜规律性分布,通过环形触点在合金内部形成导电,电流均匀通过,提高产热效率;而且增大材料与电极间的接触面积使产热减小,提高电极寿命。因此,MRD可有效克服铝合金表面氧化膜带来的问题从而提高工艺稳定性。     

有限元分析铸造铝合金断裂行为数值模拟

为研究铸造铝合金断裂行为,提出有限元数值模拟,以单一706铸造铝合金与复合706/705铸造铝合金为例,进行摆锤冲击试验。结果表明:单一铝合金的冲击功均值为49.86 J,断裂耗时0.001 5 s,复合铝合金在复合比和层数为2.99/9、4.68/8、4.96/14、5.85/8时,冲击功均值为98.44、119.71、97.37、99.13 J,断裂耗时为0.003 5、0.003 6、0.003 0、0.002 6 s,且单一铸造铝合金断裂程度大于复合类,冲击力与加载时间都加重铸造铝合金断裂程度。     

中间层对SiCp/6063Al复合材料电阻点焊接头性能的影响

采用Sn3.0Ag0.5Cu中间层对低体积比SiC_p/6063Al复合材料进行电阻点焊,通过剪切试验以及SEM、EDS和XRD分析Sn3.0Ag0.5Cu中间层和点焊工艺对点焊接头组织及性能的影响。结果表明:Sn3.0Ag0.5Cu作为中间层可有效与母材形成混合熔核,显著改善母材直接点焊后熔核中SiC颗粒偏聚现象,在点焊电压和时间分别为124 V、2.2 s时,接头剪切强度达到100.17 MPa,断裂主要发生在熔核及熔核边缘母材处,断裂形式是以韧性断裂为主的混合断裂。因此,Sn3.0Ag0.5Cu中间层可有效提高低体积比SiC_p/6063Al复合材料电阻点焊接头的结合强度。     

基于内聚力模型的6082-T6铝合金无匙孔搅拌摩擦点焊裂纹扩展分析

无匙孔搅拌摩擦点焊可靠性分析中,考虑焊点边缘处存在宏观裂纹对接头力学性能的影响,引入内聚力模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟6082-T6铝合金无匙孔搅拌摩擦点焊接头剥离过程中裂纹的扩展规律。结果表明:在拉伸速度v=2 mm/min时,裂纹起源于搭接界面焊点边缘外侧,在拉伸位移不断增加的过程中,焊点边缘处的应力、应变不断增加,裂纹沿搭接界面向焊点内部扩展。通过分析6082-T6铝合金无匙孔搅拌摩擦点焊接头剥离断口形貌,发现剥离裂纹起源处与模拟结果一致,且最终在搅拌区边缘处断裂。     

7B52-T6叠层铝合金焊接接头组织及疲劳损伤行为

用熔化极气体保护焊获得7B52-T6叠层铝合金焊接接头,研究接头的力学性能、显微组织、疲劳损伤行为。结果表明:接头各区由于成分和经历热循环不同,组织、性能存在差异,热影响区发生再结晶和不完全结晶,熔合区有部分细晶区,焊缝中心为等轴晶组织。接头抗拉强度为246 MPa,试样断裂于焊缝区,接头显微硬度分布不均匀,从焊缝中心到母材,显微硬度整体上升,热影响区硬度波动大。接头S-N曲线为σ=533.655-66.247lg N,中值疲劳强度为116 MPa,疲劳裂纹起源于接头表面气孔和距表面0.1 mm的内部气孔处,疲劳扩展区平坦,瞬断区的断裂方式为准解理断裂。     

基于Swellam应力指数Ki的电阻点焊疲劳性能研究

为研究301L不锈钢电阻点焊不同板厚组合对疲劳寿命的影响,对9组不锈钢电阻点焊拉剪试样进行疲劳试验,获得不同厚度不锈钢点焊的载荷疲劳寿命曲线及其疲劳强度。利用Swellam应力因子分析疲劳结果时发现:应力因子K_i对于预测同种板厚组合的电阻点焊寿命较为准确;而对于异种板厚组合,两侧板厚的厚度差越大,寿命预测的准确性越差。通过有限元分析发现,厚板对整个试样的应力集中程度有显著影响,采用薄板预测其疲劳强度会产生较大的偏差,采取板厚修正的方法提高其寿命预测的准确性,修正板厚与板厚差满足y=0.357x+0.659的线性关系,修正后的K_i-N曲线可以较好地评价点焊疲劳试样的疲劳寿命。     

TRIP590/CP780异种钢电阻点焊接头组织与性能研究

对1 mm厚汽车用TRIP590和CP780异种高强钢板进行电阻点焊试验,研究TRIP590/CP780异种钢电阻点焊接头的显微组织和力学性能,分析了焊接电流对异种钢焊接接头组织与性能的影响。在焊接时间为0.4 s,电极压力为2 kN,电流为6～11 kA时,接头成型良好,内部无熔核偏移、缩孔等缺陷,熔核区组织以板条马氏体为主。当电流为6、9 kA时,两侧热影响区均以回火马氏体和少量铁素体为主,晶粒尺寸分别为1～4μm、2～6μm;当电流为11 kA时,两侧热影响区均以板条马氏体为主,晶粒尺寸为8～15μm。熔核区硬度、CP780侧热影响区软化程度、接头最大拉伸剪切力均随电流的增大而增大。当电流为6、9、11 kA时,接头拉伸断裂分别在熔核区结合面、TRIP590母材、TRIP590侧熔核区。综合分析,当电流为9 kA时,TRIP590/CP780异种钢电阻点焊接头具有较好的力学性能。     

轴肩压入量对2524铝合金FSSW接头组织性能的影响

对2524铝合金薄板进行搭接搅拌摩擦点焊试验,探究轴肩压入量对FSSW焊接接头组织与性能的影响。结果表明:随压入量增加,飞边增多,上板减薄严重,有效连接宽度逐渐增大,有效厚度逐渐减小;焊核区硬度随压入量增加逐渐增大;在单向拉伸试验中,接头最大剪切载荷随压入量增加,先增大后减小,压入0.6 mm时达到最大值,为4 092 N;接头存在低压入量剪切焊核断裂和高压入量撕裂上表面断裂两种模式;断口存在大量韧窝和细小弥散分布的第二相粒子,接头呈韧性断裂。     

焊接时间对异质钢电阻点焊质量的影响

采用控制变量的方法,变换焊接时间(20~180 ms),对差厚的H220YD-Z100/DP590GA先进高强钢电阻点焊质量进行研究。通过对各试样进行检测分析与对比,得到合适的焊接时间范围,从中选取一组参数验证其稳定性。结果表明:熔核区组织受热影响发生转变,接头失效形式为纽扣形;其工艺能够克服焊接分流、电网波动等的影响,连续焊接出熔核尺寸合格、表面整洁的高质量焊点。     

CuZnAl形状记忆合金的电阻点焊研究

采用电容贮能点焊焊接方法 ,研究了CuZnAl形状记忆合金的焊接性能。运用金相观察、拉伸、扫描电镜等方法 ,对焊接接头的力学性能 ,形状恢复率等进行了试验研究 ,并研究了热处理对焊接接头力学性能和形状恢复率的影响 ,给出了获得较高形状恢复率接头的焊接工艺。试验结果表明 ,焊后热处理能够细化CuZnAl形状记忆合金的晶粒组织 ,在一定程度上提高了合金的综合力学性能 ,经一定冷热循环次数后 ,焊接接头形状恢复率达到较高水平并趋于稳定     

不锈钢电阻点焊板厚及强度级别对疲劳性能的影响

某地铁车体采用不同厚度和不同强度级别的SUS301L不锈钢薄板以搭接电阻点焊的方式焊接而成。对不锈钢电阻搭接点焊焊接接头进行受力模拟计算、硬度以及疲劳测试分析等,研究不锈钢搭接电阻点焊板厚以及板材强度级别对疲劳性能的影响。结果表明;板厚对试样抗疲劳性能影响大于板材强度级别对试样抗疲劳性能的影响;对于强度级别相同、板厚不同的试样,板越厚,抗疲劳性能越高;对于厚度相同、强度级别不同的试样,厚板侧厚度1.5 mm时,板材强度级别高,疲劳强度高;厚板侧厚度≤1.5 mm时,板材强度级别高,疲劳强度低。     

焊丝成分对6061-T6铝合金双脉冲MIG焊缝组织与性能的影响

用ER4043焊丝和ER5356焊丝对6061-T6薄板铝合金双脉冲MIG焊缝组织与性能进行研究。结果表明:用ER5356焊丝焊接时,6061-T6铝合金接头的屈服、抗拉强度及断后伸长率均高于以ER4043焊丝作为填充的焊接接头,前者的焊接系数为0.72,而后者仅为0.65;两者焊接接头的显微硬度均以焊缝为中心近似对称分布,最低值出现在接头热影响区中的淬火区,ER5356焊丝焊接时接头的硬度较ER4043焊丝高;以ER5356焊丝作为填充时,6061-T6铝合金的焊缝为细小的铸态组织,枝晶相对较细,而用ER4043焊丝焊接时,焊缝为粗大的铸态组织,且枝晶较发达,两者熔合区的近缝侧为柱状晶,靠近热影响区一侧为细小的等轴晶组织。与原始母材相比,热影响区的晶粒产生一定程度的粗化。两者淬火区的晶粒内虽然都产生少量的二次相,但以ER5356焊丝作为填充时淬火区中的二次相较细小,且呈弥散分布。     

2A70-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺研究

采用3种规格的搅拌头进行2A70-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊试验,并对焊缝横截面进行观察以及焊缝抗拉强度的测试。结果表明:焊缝中前进侧过渡区的金属变化急剧,拉长的晶粒成流线状分布,返回侧过渡区的金属变化缓和,由焊核区细小晶粒缓慢过渡至母材较大的晶粒;随着搅拌针根部直径的增加,焊核的宽度也增大;为了获得无缺陷的接头,焊接速度增大时,顶锻压力必须协同增大,随着顶锻压力的增大,焊缝的抗拉强度也增大。     

随焊冲击对6061铝合金焊接接头性能影响

6061-T6高强铝合金板进行TIG焊接时,焊接热影响区存在明显过时效软化现象。为抑制这种焊接缺欠,用随焊旋转冲击法对焊接接头过时效软化区进行加载。针对接头性能进行显微组织、硬度及耐蚀性测试。结果表明：焊接接头过时效软化区经旋转冲击后,硬度由初始58.5HV升至71.2HV;随电压增加,冲击作用增强,硬度提高更明显。这主要是由于随焊旋转冲击产生的局部挤压、剪切综合作用,促进了新相沿晶粒边界生成,使接头软化区硬度上升,同时,耐蚀性也得到了改善。     

6A01铝合金焊接接头盐雾腐蚀行为研究

为研究6A01-T5铝合金型材激光-MIG复合焊和MIG焊两种焊接接头耐海洋大气环境腐蚀的特征和差异,通过人造气氛腐蚀盐雾试验对接头进行1 000 h腐蚀,用质量法、面积法并结合电化学、显微组织对结果进行分析。结果表明:MIG焊接头盐雾腐蚀失重率是激光-MIG复合焊接头的4.2倍;宏观激光-MIG复合焊接头未见明显腐蚀,MIG焊接头在熔合区及附近焊缝区腐蚀明显;微观两种接头腐蚀面积率由高到低依次是熔合区>焊缝区>热影响区>母材,同一区域MIG焊接头的腐蚀面积率均高于激光-MIG复合焊,与两种接头不同区域腐蚀电位由低到高的顺序吻合;腐蚀形态主要以点蚀为主;过热区的共晶相和第二相粒子β相聚集长大,熔合区及焊缝区树枝晶及枝晶间共晶相分布状态是导致腐蚀程度不同的主要因素;激光-MIG复合焊接头耐盐雾腐蚀能力明显优于MIG焊。     

铝合金搅拌摩擦焊接接头疲劳行为的研究

综述国内外铝合金搅拌摩擦焊接接头疲劳行为的研究结果。包括接头不同区域的疲劳行为;工艺参数对疲劳强度的影响;微结构、残余应力、试件的几何形状对疲劳裂纹扩展速率的影响;总结摩擦点焊接头疲劳裂纹扩展的特点。对比分析铝合金熔焊和搅拌摩擦焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。     

连接工艺对铝合金搭接结构力学性能影响

为使飞机结构轻量化,用搅拌摩擦点焊、铆接、电阻点焊工艺连接某型飞机的典型铝合金搭接结构件并进行力学性能对比。对3种连接结构件的拉剪和疲劳失效形式进行分析,比较拉剪及疲劳性能,评价3种工艺疲劳可靠性。结果表明：搅拌摩擦点焊与铆接结构件拉剪性能相当,搅拌摩擦点焊的疲劳性能稍低于铆接结构件,两者的拉剪和疲劳性能均优于电阻点焊结构件。同时,搅拌摩擦点焊和铆接结构件的疲劳可靠性均优于电阻点焊。综合考虑力学性能、环保和结构轻量化等因素,搅拌摩擦点焊对实现飞机结构轻量化具有重大意义。     

6061铝合金不同填丝MIG焊接接头组织与性能研究

用ER4047和ER5356两种焊丝作为填充材料,开展6061铝合金MIG焊接试验。研究2种焊丝对6061铝合金MIG焊接接头显微组织和力学性能的影响。通过金相观察、硬度测试、拉伸试验、成分分析,评价2种焊丝填充焊缝的组织和性能。结果表明：ER4047焊丝填充的焊缝成形较好,ER5356焊丝填充的焊缝存在严重的未熔合缺陷;ER4047焊丝填充接头热影响区晶粒较粗大,晶粒直径约为23.7～107.7μm,ER5356焊丝填充接头热影响区晶粒较细小,晶粒直径约为21.5～72.3μm;ER4047焊丝填充的焊缝硬度和拉伸强度都明显高于ER5356焊丝填充的焊缝。