汽车用铝合金/钢焊接接头组织与力学性能

采用电阻焊方法实现对A6061铝合金和Q235钢的焊接。采用显微硬度计测试焊接接头显微硬度,采用SEM、EDS等方法分析焊接接头界面显微结构和元素组成,研究了点焊接头的缺陷形式。结果表明,铝合金/钢点焊接头主要由靠近Q235侧和靠近铝合金侧两层金属间化合物构成。化合物层主要为Al-Fe金属间化合物,其显微硬度高于基体。采用合适的点焊工艺,可以避免电阻焊接头中未焊合、裂纹、缩孔等缺陷的产生。     

电极板辅助点焊钢/铝异质接头的组织与性能

采用电极板辅助点焊进行了H220YD高强钢与6008-T66铝合金异种金属的连接,研究了接头的微观组织和力学性能.结果表明,焊接接头是通过液态铝合金在钢/铝界面处对高强钢的润湿铺展而形成的,本质上属于熔-钎焊接头.钢/铝界面上生成了由Fe2Al5和FeAl3组成的金属间化合物层.接头中铝合金熔核直径在焊接电流为14kA、焊接时间为300 ms时达最大值为9.5 mm.接头拉剪力随焊接电流的增加先迅速增大后趋于稳定,当焊接电流为12 kA、焊接时间为300 ms时达4.3 kN,比不加电极板时提高约30%.在接头拉剪过程中裂纹的扩展路径不仅沿着金属间化合物,还部分经过铝合金熔核内部.     

镁/钢异种金属电阻点焊工艺研究

采用电阻点焊对MB3镁合金和镀锌钢板进行了焊接,研究了焊接电流对镁/钢接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。试验结果表明:镁/钢点焊接头熔核直径及压下率随焊接电流增大而增大,接头拉剪载荷随电流增大呈先增大后减小的趋势。当焊接电流为13 k A,焊接时间为10周波,电极压力为5 k N时,接头拉剪力达到最大值6.1k N,此时点焊接头表现为纽扣式断裂。Fe与Al在镁/钢界面处发生反应生成Fe-Al化合物,其显微硬度达到146 HV。     

点焊工艺参数对汽车用镁铝异种合金接头组织和性能的影响

采用电阻点焊实现了对镁铝异种金属的焊接,研究了焊接压力、焊接电流、焊接时间对Mg/Al点焊接头组织和力学性能的影响。结果表明,随着焊接压力、焊接电流和焊接时间的增加,Mg/Al异种金属点焊接头拉剪力先增加后减小;熔核晶粒尺寸随着焊接电流的增大、焊接时间的延长而增大;焊接压力7 k N、焊接电流40 k A、焊接时间100 ms时,Mg/Al异种金属点焊接头拉剪力达到最大值3.3 k N。     

焊接电流对铝/钢点焊接头组织与性能的影响

研究了焊接电流对6008-T66铝合金/H220YD钢焊接接头组织和力学性能的影响,探讨了影响异种金属焊接接头断裂行为的作用机理。结果表明,随着焊接电流从18 k A增加至22 k A,熔核直径和压痕率都呈现快速增加的趋势,而当焊接电流超过22 k A后,熔核直径基本不变或略有增加,而压痕率不断增大;铝/钢焊接接头中心界面金属间化合物层厚度随着焊接电流的增加而逐渐增大,在焊接电流为25 k A时厚度达到7.1μm;随着焊接电流的增加,铝合金/钢焊接接头的拉剪力呈现先增加而后降低的趋势,在焊接电流为22 k A时取得最大值;焊接电流为22 k A时拉剪试样以钮扣断裂方式在熔核处断裂,而焊接电流过高或者过低,拉剪试样都断裂在结合面处。     

Ti/Al异种金属微电阻点焊接头的特征及性能

对0.2 mm厚的1060纯铝和TC4钛合金薄片进行了微电阻点焊实验。研究了焊接电流I、焊接时间T和电极压力F对接头力学性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对点焊接头的连接特征及断裂行为进行了深入研究,采用微区X射线衍射仪(micro-XRD)测定了焊点的物相组成。结果表明:在焊接电流为0.3~0.7 k A范围内,焊点的拉剪力随着焊接电流的增加先增加后趋于平稳;在焊接时间2~6 cyc范围内,焊接时间对焊点的拉剪力无显著影响;在电极压力为40~280 N范围内,随着电极压力增加,焊点拉剪力先增加后降低;当I=0.7 k A、T=3 cyc、F=160 N时点焊接头的拉剪力最高,为91 N,断裂发生在热影响区;1060/TC4异种金属微电阻点焊形成了共同的熔核,熔核与TC4之间界面较为平整,但是与1060的结合面呈凹凸不平,在熔核内部生成了AlTi_3、Al_2Ti和Al_3Ti金属间化合物,焊核与铝侧界面处生成了针状化合物Al_3Ti,对焊点的强度起到重要作用。     

汽车用DP780/DP590双相钢电阻点焊工艺与性能研究

采用电阻点焊实现对双相钢DP780和DP590的焊接。研究了点焊接头工艺和性能。结果表明,DP780/DP590异质双相钢点焊最佳工艺为:焊接电流8.5 k A、焊接时间320 ms、焊接压力3.5 k N,在最佳工艺条件下拉剪力达到18.32 k N。随着焊接电流的增加,DP780/DP590双相钢点焊接头拉剪力先增加后基本不变;随着焊接时间的增加,点焊接头拉剪力先增加后减小。DP780/DP590双相钢点焊接头熔核区组织主要为马氏体和铁素体,随着焊接电流或焊接时间的增加,马氏体含量增加,铁素体含量减少。     

焊接电流对铝合金-钢电阻点焊接头组织和性能的影响

采用电阻点焊实现对铝合金A6061和B1500HS高强钢的焊接,研究了焊接电流对铝合金/高强钢点焊接头组织和性能的影响。采用万能试验机测试焊接接头力学性能,采用SEM观察焊接接头显微结构及熔核直径、金属间化合物层厚度。结果表明,铝合金/钢点焊接头剪切力随焊接电流增大先增大后减小,焊接电流10 kA时达到最大值3409 kN。焊接电流对铝合金/钢点焊接头表面质量影响较大。     

铝/钢异种金属的焊接工艺与组织性能研究

以6008-T66铝合金板/H220YD钢板异种金属为研究对象,研究了焊接时间对异种金属焊接接头显微组织和力学性能的影响,并分析了焊接时间的作用机理。结果表明,当焊接时间从50 ms增加至400 ms过程中,铝/钢焊接接头中6008-T66铝合金板侧的压痕深度缓慢增加,而熔核直径逐渐增大,铝/钢焊接接头中心界面处的金属间化合物层的厚度呈现逐渐增加的趋势;铝/钢焊接接头的拉剪力随着焊接时间的增加呈现先增加而后减小的趋势,在焊接时间为300 ms时取得最大值;除了焊接时间为300 ms时,铝/钢焊接接头的拉剪试样以钮扣断裂方式失效外,其余焊接时间下的拉剪试样都断裂在结合面处。     

基于铜镀层的低碳钢/铝合金电阻点焊接头性能

针对铝合金与钢二者难以直接焊接的问题,采用预先在低碳钢Q235钢板上镀铜,再与铝合金A6061进行电阻点焊的方法,并研究焊接参数对点焊接头的显微组织和力学性能的影响。结果表明:接头抗剪载荷和焊点直径随焊接电流和焊接时间的增加而增加,随电极压力的增大而减小;接头破坏形式出现了界面断裂和纽扣式破坏两种类型;熔核中铝合金的显微硬度相比原始态的铝合金有所升高。与未镀铜点焊接头相比,镀铜Q235与A6061接头界面生成的金属间化合物较薄,说明镀铜可以有效抑制铝合金/钢的界面反应。     

焊接速度对铝/钢激光搭接焊接头质量的影响

采用机器人激光焊接技术对车用6016铝合金与DC06低碳钢进行了钢上铝下搭接焊工艺试验,研究了焊接速度对接头成形与力学性能的影响,利用光学显微镜(OM)和万能拉伸试验机等试验设备对铝/钢搭接焊接头进行了显微组织与力学性能测试。结果表明,在激光功率为800 W,离焦量为+2 mm的条件下,均获得了良好的表面成形。焊接速度为0.07 m/s时,熔池内部生成大量塑韧性良好的珠光体组织,界面金属间化合物(IMC)数量少,应力集中系数最小,接头的平均抗拉剪力达到最大,为81.3 N。降低焊接速度,铝侧熔池金属间化合物数量显著增加;增大焊接速度,铝侧熔深与熔宽逐渐减小,界面金属间化合物数量减少。     

铝/钢异种金属的沉头铆钉电阻单元焊工艺研究

采用沉头铆钉与沉头孔配合的电阻单元焊工艺连接了钢和铝合金,在Q235/5052Al界面形成了FeAl3金属间化合物。在DP780/Al界面形成了Fe2Al5和FeAl3金属间化合物。焊接电流对熔核直径、拉剪力、铝热影响区平均硬度以及铝板的承载面积有显著影响。确定了3种主要的失效模式:界面失效断裂模型、熔核拔出失效断裂模型和铝热影响区失效断裂模型。在焊接电流为18kA时,获得了最佳的接头力学性能,拉剪力达到5 712N,且失效模式为熔核拔出失效。     

焊接电流对镁合金/不锈钢电阻点焊接头的影响

以Zn箔作为中间层对镁合金和不锈钢进行电阻点焊连接,通过扫描电镜、能谱分析仪、拉伸试验机等研究了焊接电流对接头微观组织、熔核尺寸和拉剪力的影响,并分析了接头缺陷形式。结果表明,当热输入不恰当时,镁/钢接头中有孔洞和裂纹产生。在镁/钢接头界面区域有Fe_2Al_5反应层生成,在接头镁合金侧有MgZn_2相生成。反应层的厚度和熔核直径随点焊电流的增大而增大。此外,镁/钢接头拉剪力随焊接电流增加先增大后减小,当采用焊接电流10k A时,接头拉剪力具有最大值4100 N。     

基于Ti中间层的AZ31镁合金/6061铝合金电阻点焊研究

通过添加钛箔中间层,研究了镁/铝合金异种金属电阻搭接接头的微观组织与力学性能。研究结果表明,添加0.2mm厚度钛箔中间层可以大幅提高镁/铝异种金属电阻点焊接头的结合强度,接头的最大拉剪力随焊接电流的增大先增大后减小;当焊接电流为14kA时,最大拉剪力达到最大为2.2kN。铝钛界面处有TiAl₃生成,接头断裂在镁侧热影响区上,经过换算接头的剪切强度能够达到156MPa。通过SEM和EDS分析,添加钛中间层阻断了镁合金和铝合金的相互扩散,钛中间层阻碍了Mg-Al金属间化合物的生成,从而大大提高接头的结合强度。     

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl₃金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe₂Al₅金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.     

纯铝中间层厚度对铝/钢点焊接头性能的影响

采用纯铝作为中间层对铝合金与低碳钢进行了电阻点焊,分析中间夹层厚度对界面反应层厚度和接头抗拉强度的影响。在钢/中间夹层界面观察到有界面反应层生成,其主要由靠近钢侧的Fe2Al5和靠近中间夹层铝侧的FeAl3两种金属间化合物组成。与不加中间夹层相比,利用纯铝作为中间夹层点焊的铝合金与低碳钢的接头具有较薄的界面反应层和较高的接合强度。随着中间夹层厚度的增加,界面反应层厚度逐渐减小,而接头抗拉强度则呈增大趋势。结果表明,采用纯铝作为中间夹层点焊铝合金与钢具有一定的有效性。     

基于高熵合金中间层的Q235钢/6061铝合金电阻点焊接头的组织与性能

钢和铝形成的复合结构，可以使铝的低密度、高导热性、良好的耐腐蚀性能与钢的高强度、高韧性、低成本性结合起来，既能充分发挥两种材料的性能优势，又具有良好的经济效益.由于钢和铝的物理和化学性能差异较大、接头中易产生脆性金属间化合物而难以实现可靠的连接.将Fe_0.2CoCrMnNiAl_0.2高熵合金作为中间层进行了Q235钢/6 061铝合金异种金属的电阻点焊研究，利用高熵合金的超级固溶性改善钢/铝异种金属的焊接质量.结果表明，采用Fe_0.2CoCrMnNiAl_0.2高熵合金作为中间层时，接头截面中钢侧和铝侧均有半椭圆形状的熔核，熔核成形美观，无明显的宏观裂纹和气孔等焊接缺陷，熔核内部组织均由面心立方的固溶体相组成，接头的平均最大拉剪力达到1 913 N，比钢/铝直接电阻点焊接头提高了130%，断裂发生在铝合金侧熔核处，铝合金熔核在拉剪力的作用下被撕脱并留在高熵合金表面，呈现出“纽扣状”破坏特征.     

钛/铝异种材料电阻点焊接头力学性能及显微组织

使用三相次级整流电阻焊机对2A16铝合金/TC4钛合金进行电阻点焊,研究了焊接过程中,工艺参数对力学性能的影响并确定了最佳工艺参数。通过金相显微镜观察了接头的显微组织特征。结果表明,随着焊接电流、焊接时间、电极压力的增加,接头的抗剪载荷呈现先增大后减小的趋势。当焊接电流为12 k A、焊接时间为24cyc,电极压力为5.5 k N时,接头的抗拉剪力最大值5.60 k N。铝合金侧熔核的显微组织为细小的柱状晶,在两板结合面出现少量粗大等轴晶,钛合金侧熔核的显微组织为粗针状马氏体。     

Q235钢与5052铝合金感应-静压焊接头界面微观组织和力学性能

为了有效实现车身上的钢/铝复合结构连接，提出了一种新型的焊接与连接技术?感应-静压焊(induction-pressure welding，IPW). 通过光学显微镜、电子扫描显微镜对钢/铝合金连接界面的组织形貌进行观察，通过X射线色散能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计测试了钢/铝连接界面的化学成分、金属间化合物种类以及显微硬度. 结果表明，采用感应-静压焊工艺可以实现Q235钢与5052铝合金的有效连接. 接头界面上1、2号试样的金属间化合物平均厚度分别为115，85 μm. 接头界面的微观组织形貌呈锯齿状，并且组织向钢侧生长. 接头界面组织的硬度明显高于两侧钢铝基体组织的硬度，1，2号试样接头的抗拉强度分别为49，158 MPa. 同时，在整个感应-静压焊工艺过程中，随着加热温度的降低，金属间化合物厚度呈线性减少. 此外，还发现铝原子的扩散能力显著高于铁原子. 故而，在钢/铝感应-静压焊接头界面生成了富铝的金属间化合物Fe₂Al₅和FeAl₂.     

Ti/Al异种金属微电阻点焊接头特征及性能研究

对0.2 mm厚的1060纯铝和TC4钛合金薄板进行了微电阻点焊试验,研究了焊接电流I、焊接时间T和电极压力F对接头力学性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对点焊接头的连接特征及断裂行为进行了深入研究,采用微区射线衍射仪(micro-XRD)测定了焊点的物相组成。结果表明：在焊接电流为0.3 ~ 0.7 kA范围内,焊点的拉剪力随着焊接电流的增加先增加后趋于平稳,在焊接时间2~6 cyc范围内,焊接时间对焊点的拉剪力无显著影响,在电极压力为40~280 N范围内,随着电极压力增加焊点拉剪力先增加后降低;当I=0.7 kA、T=3 cyc、F=160 N时点焊接头的拉剪力最高为91 N,断裂发生在热影响区;1060/TC4异种金属微电阻点焊形成了共同的熔核,熔核与TC4之间界面较为平整,但是与1060的结合面呈凹凸不平,在熔核内部生成了AlTi₃、Al₂Ti和Al₃Ti金属间化合物,焊核与铝侧界面处生成了针状化合物Al₃Ti,对焊点的强度起到重要作用。