铝—钢异种金属冷金属过渡点焊焊接性研究

【摘要】随着汽车工业的发展,节能环保已成为其重要目标,而轻量化则是实现这一目标的主要途径之一。铝作为最常用的轻金属,以其优良的性能在汽车领域的应用也越来越广泛。因此,铝钢的连接不可避免,研究其焊接性具有很大的应用价值。本文采用冷金属过渡(CMT)方法,AlSi5铝合金焊丝对6061铝合金分别与裸钢板和镀锌钢板进行了点焊试验。研究了装配次序、打孔和镀层对接头性能的影响,得到了最佳的接头形式。运用正交实验法对最佳接头进行了工艺参数优化,分析了接头的界面结构特征及性能。研究结果表明：对于铝和裸钢板的连接,当铝板置于裸钢板上方时,无论铝板打孔与否,接头的成形和力学性能均很差。当裸钢板置于铝板上方时,裸钢板不打孔时,则焊缝表面成形和力学性能均很差,若裸钢板打孔,则焊缝成形良好,力学性能也比较稳定。对于铝和镀锌钢板的连接,当铝板置于镀锌钢板的上方时,接头焊缝成形很好,但是力学性能不稳定；当镀锌钢板置于铝板上方且镀锌钢板不打孔时,接头表面成形和力学性能均很差,镀锌钢板打孔时,焊缝表面成形不稳定,成形好时,力学性能好且稳定,成形不好时,力学性能也比较差。因此,从焊缝成形和力学性能考虑,裸钢板打孔并置于铝板上方此种接头最好。运用正交实验法对最优接头进行工艺参数优化,并分析接头界面的微观组织特征。可以得知：采用此种接头形式成功实现了铝和裸钢板的连接,点焊接头成形美观、性能良好。工艺参数显著性顺序为裸钢板孔径大小、点焊时间、送丝速度。接头为典型的点熔钎焊接头,由钎焊结合区和熔焊结合区组成,接头的最大抗拉剪载荷可达4KN以上,断裂方式为撕裂型断裂。对比铝和裸钢板以及铝和镀锌钢板的焊缝成形和界面微观组织,可以发现,裸钢板背面烧损严重且界面金属间化合物尺寸明显大于镀锌钢板的情况,说明在焊接过程中,锌蒸发可以带走部分热量,降低界面的温度。对比钢板置于铝板上方的情形,镀锌钢板的焊缝表面成形不稳定,而裸钢板则不会出现这种情况,这是由于焊接过程中,锌蒸发形成的锌蒸汽影响了电弧的稳定性,导致焊缝成形不稳定。通过表面法可知,在电弧作用的瞬间,电弧作用区域内的镀锌钢板上的锌大部分已经蒸发。通过截面法可知,随着点焊时间的增长,锌会富集在一侧形成富锌角,是在锌的作用下局部铺展形成的。接触角的大小与锌的关系不大,主要与重力有关,随着点焊时间的增长,熔滴的重力变大,接触角逐渐变小。此外,锌容易在气孔等缺陷处富集。
【作者】黄倩；
【导师】陈剑虹；曹睿；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】点焊；冷金属过渡；铝合金；裸钢板；镀锌钢板；

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