基于中間層的AZ31鎂合金-5052鋁合金電阻點(diǎn)焊焊接性研究.pdf

1、針對(duì)鎂/鋁異種合金電阻點(diǎn)焊焊接性差、接頭強(qiáng)度低的問(wèn)題，本文通過(guò)分別添加純鎳和鍍錫鋼作為中間層，研究了基于中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊的焊接工藝和熔核區(qū)界面結(jié)合機(jī)理。通過(guò)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，獲得了基于中間層的優(yōu)質(zhì)點(diǎn)焊接頭；使鎂/鋁電阻點(diǎn)焊接頭在微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能方面都得到顯著提高。并分別對(duì)接頭在靜載和動(dòng)載載荷的條件下的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試與受力分析，從而為鎂/鋁異種材料的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　設(shè)計(jì)了使用純鎳金屬作為中間層進(jìn)行鎂/

2、鋁異種合金的電阻點(diǎn)焊焊接試驗(yàn)。為了解決鋁側(cè)金屬因?yàn)闊崃坎蛔阄茨苋刍膯?wèn)題，對(duì)鋁側(cè)和鎂側(cè)FF-25原始電極進(jìn)行了加工優(yōu)化；通過(guò)調(diào)整電阻點(diǎn)焊過(guò)程中鎂、鋁兩側(cè)的電流密度來(lái)降低焊接過(guò)程中熱量的不均勻分布。經(jīng)初步試驗(yàn)證明，使用改造后的電極進(jìn)行基于鎳中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊，鋁側(cè)有明顯的熔核形成，成功獲得具有一定強(qiáng)度的點(diǎn)焊接頭。
　　與鎂/鋁直接電阻點(diǎn)焊的力學(xué)性能相比，基于鎳中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊接頭的強(qiáng)度顯著提高，可承受的最大拉剪力由2.2k

3、N提高到了5.5kN，增幅達(dá)到114％，達(dá)到了AWS D17.2電阻點(diǎn)焊航空應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求。研究了不同焊接參數(shù)和鎳層厚度對(duì)接頭強(qiáng)度的影響作用。發(fā)現(xiàn)使用過(guò)大的焊接電流（如42kA）會(huì)造成鎂-鎳界面共晶反應(yīng)層中氣孔和微裂紋等焊接缺陷的產(chǎn)生，從而影響接頭的力學(xué)性能。
　　在焊接過(guò)程中保持固態(tài)的鎳中間層，將熔核分為上下兩個(gè)部分：鋁側(cè)熔核和鎂側(cè)熔核。對(duì)基于鎳中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊熔核進(jìn)行了微觀組織和物相分析，并未發(fā)現(xiàn)高硬脆性鋁-鎂金屬間化合物

4、的生成。鋁-鎳通過(guò)界面處的Al3Ni反應(yīng)層和Al-Al3Ni共晶組織相連接；鎂-鎳通過(guò)界面處的Mg2Ni反應(yīng)層和分布有AlNi納米顆粒的Mg-Mg2Ni共晶組織相連接。鎳中間層的添加，成功阻止了在焊接過(guò)程中鋁合金和鎂合金相互間的化學(xué)反應(yīng)，提高了接頭的強(qiáng)度。
　　在基于鍍錫鋼中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊的試驗(yàn)中，首先介紹了選擇鍍錫鋼作為中間層的科學(xué)依據(jù)和試驗(yàn)的可實(shí)現(xiàn)性；通過(guò)焊接電流緩降時(shí)間的應(yīng)用，有效減少了熔核缺陷（如縮孔、氣孔和裂紋）的

5、產(chǎn)生。與鎂/鋁直接點(diǎn)焊相比，基于鍍錫鋼中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊接頭的強(qiáng)度顯著提高并且熔核區(qū)沒(méi)有硬化現(xiàn)象。在焊接電流為40kA時(shí)，基于鍍錫鋼中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊接頭可承受最大拉剪力達(dá)到7.3kN；與鎂/鋁直接電阻點(diǎn)焊的接頭強(qiáng)度相比，增幅達(dá)到232%。
　　對(duì)基于鍍錫鋼中間層的鎂/鋁電阻點(diǎn)焊橫截面的進(jìn)行了SEM微觀組織觀察和EDS化學(xué)元素分布分析，發(fā)現(xiàn)鋁-鋼通過(guò)界面處的FeAl3和Fe2Al5反應(yīng)層相連接；鎂-鋼通過(guò)界面處反應(yīng)生成的納

6、米級(jí)厚度的Al8(Mn,Fe)5相連接。并結(jié)合熱力學(xué)基本原理對(duì)鋁側(cè)熔核和鎂側(cè)熔核的凝固過(guò)程進(jìn)行了分析。在焊接過(guò)程中保持固態(tài)的鍍錫鋼中間層，將熔核分為上下兩個(gè)部分：鋁側(cè)熔核和鎂側(cè)熔核。結(jié)合接頭的形成過(guò)程，分析了鍍錫鋼中間層在鎂/鋁電阻點(diǎn)焊接頭中的作用：鍍錫鋼中間層的添加，成功阻止了在焊接過(guò)程中鋁合金和鎂合金相互間的化學(xué)反應(yīng)，提高了接頭的強(qiáng)度；鍍層錫金屬在焊前對(duì)鋼起著重要的防止污染和抗氧化的保護(hù)作用，并在焊接過(guò)程中對(duì)防止熔核區(qū)域金屬被氧化起

7、到了一定作用。
　　首次對(duì)鎂/鋁電阻點(diǎn)焊接頭的疲勞性能進(jìn)行了研究，疲勞測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果表明基于鍍錫鋼中間層的點(diǎn)焊接頭的疲勞強(qiáng)度與鎂合金AZ31同種金屬電阻點(diǎn)焊的疲勞強(qiáng)度相比，達(dá)到了同一水平。揭示了取決于疲勞測(cè)試過(guò)程中載荷大小的三種疲勞失效模式：從鋁-鋼界面處斷裂、從鎂合金母材處斷裂和從鋁合金母材處斷裂；對(duì)不同疲勞壽命下焊件失效模式的轉(zhuǎn)換原因進(jìn)行了分析。利用SEM微觀分析手段和EDS化學(xué)元素成分分析技術(shù)，對(duì)以上三種疲勞失效模式下疲勞裂紋