AA5182直流電阻點(diǎn)焊可焊性的影響因素及其機(jī)理研究.pdf

1、電阻點(diǎn)焊作為金屬連接的常用辦法，其生產(chǎn)效率高、污染小、機(jī)械自動(dòng)化程度高，在汽車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，降低汽車自重和其自身油耗成為廣大汽車廠商的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。采用鋁和鋁合金制造汽車零部件相比鋼材料具有明顯的減重節(jié)能效果。但由于鋁及其合金本身的物理性能，造成鋁及鋁合金電阻點(diǎn)焊存在很多問(wèn)題。例如鋁合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在其表面容易形成復(fù)雜致密的氧化膜，影響焊接質(zhì)量；鋁合金優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性造成鋁點(diǎn)焊需采用硬規(guī)范焊接；另外，受線膨脹系數(shù)大的

2、影響，焊接時(shí)易產(chǎn)生翹曲變形；由于點(diǎn)焊過(guò)程中在電極端面的出現(xiàn)劇烈銅鋁合金化，使得鋁合金點(diǎn)焊的電極壽命僅40-50點(diǎn)，上訴問(wèn)題限制了鋁點(diǎn)焊的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
　　鋁合金電阻點(diǎn)焊多采用中頻直流點(diǎn)焊工藝，目前關(guān)于電流模式差異對(duì)于鋁點(diǎn)焊接頭質(zhì)量的影響的研究見諸報(bào)道的甚少，對(duì)于鋁點(diǎn)焊的工藝評(píng)價(jià)也沒較為統(tǒng)一的指標(biāo)可以借鑒。
　　本文針對(duì)1mm+1mmAA5182鋁合金中頻直流電阻點(diǎn)焊，提出了不同點(diǎn)焊過(guò)程的工藝窗口、接頭強(qiáng)度、電極壽命等指

3、標(biāo)，從電流模式、電極材料以及電極形狀等因素對(duì)工藝窗口、強(qiáng)度試驗(yàn)和電極壽命的影響進(jìn)行闡述，借助金相分析、SORPAS模擬和XRD等手段，對(duì)各點(diǎn)焊過(guò)程的特征及機(jī)理進(jìn)行分析和研究，較全面地探索鋁合金電阻點(diǎn)焊的工藝優(yōu)選方法。
　　在電流模式對(duì)鋁點(diǎn)焊的影響研究中，本文采用單脈沖和多脈沖兩種電流模式。研究顯示，多脈沖點(diǎn)焊工藝窗口的電流上下限更高，具有更寬的工藝窗口。單脈沖點(diǎn)焊獲得焊件的拉伸強(qiáng)度總體要更高。通過(guò)對(duì)兩種接頭微觀裂紋的金相統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，

4、單脈沖焊點(diǎn)的微觀裂紋數(shù)與多脈沖焊點(diǎn)的比較接近，但是前者的裂紋長(zhǎng)度更短。SORPAS模擬顯示多脈沖點(diǎn)焊時(shí)接頭在熔核中心處、熔合線與鋁板界面交界處的裂紋風(fēng)險(xiǎn)因子CRF均高于單脈沖點(diǎn)焊的接頭。多脈沖點(diǎn)焊電極壽命34點(diǎn)，單脈沖點(diǎn)焊電極壽命達(dá)64點(diǎn)。多脈沖焊接完成單個(gè)焊點(diǎn)所需的熱輸入值更大，電極處于高溫狀態(tài)的時(shí)間更長(zhǎng)，電極銅鋁合金化反應(yīng)更為顯著。
　　在電極材料對(duì)鋁點(diǎn)焊的影響研究中，分析了傳統(tǒng)CrZrCu電極材料和氧化鋁彌散增強(qiáng)銅（Al2O

5、3/Cu）基復(fù)合材料的電阻點(diǎn)焊特征。研究顯示，Al2O3/Cu電極點(diǎn)焊的工藝窗口的電流上下限略高，但與CrZrCu相差不大。Al2O3/Cu電極點(diǎn)焊獲得焊件的拉伸強(qiáng)度在4-5mm熔核范圍內(nèi)要更高，在熔核直徑5-6mm范圍內(nèi)拉伸強(qiáng)度快速下降，要弱于CrZrCu電極點(diǎn)焊焊件。在熔核直徑5-6mm范圍里，兩種電極點(diǎn)焊的焊點(diǎn)微觀裂紋數(shù)比較接近，但Al2O3/Cu電極焊點(diǎn)熔核的裂紋長(zhǎng)度更長(zhǎng)，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降。Al2O3/Cu電極點(diǎn)焊壽命達(dá)73點(diǎn)。

6、在完成單個(gè)焊點(diǎn)時(shí)，后者熱輸入值更大，電極處于高溫狀態(tài)的時(shí)間更長(zhǎng)，電極卻有更好的壽命表現(xiàn)，這是由于Al2O3/Cu電極具有更好的導(dǎo)熱性和高溫強(qiáng)度。一定程度上延長(zhǎng)了電極壽命，但是優(yōu)勢(shì)并不顯著。
　　在電極形狀對(duì)鋁點(diǎn)焊質(zhì)量的影響研究中，以CrZrCu電極材料為基礎(chǔ)，采用自主設(shè)計(jì)的球面電極，研究表明，球面CrZrCu電極點(diǎn)焊的工藝窗口的電流上下限和傳統(tǒng)平端面CrZrCu電極點(diǎn)焊相近，但在焊接時(shí)間上有所收縮。球面 CrZrCu電極點(diǎn)焊獲得焊

7、點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度總體要更高。金相分析發(fā)現(xiàn)其焊點(diǎn)的微觀裂紋數(shù)目較少、長(zhǎng)度較短，從而提高了接頭拉伸強(qiáng)度。SORPAS模擬顯示球面CrZrCu電極點(diǎn)焊的接頭在熔合線與鋁板界面交界處的裂紋風(fēng)險(xiǎn)因子CRF要高于平端面CrZrCu電極點(diǎn)焊的接頭，在熔核中心處的CRF則較高，但由于拉伸試驗(yàn)中熔核熱影響區(qū)HAZ處的裂紋對(duì)拉伸性能影響更大，因而球面CrZrCu電極點(diǎn)焊接頭拉伸強(qiáng)度更好。球面CrZrCu電極點(diǎn)焊達(dá)78個(gè)焊點(diǎn)時(shí)尚未進(jìn)入電極燒損的第二階段，有著良好