高强钢铝合金异种金属电阻点焊接头组织观察VIP专享VIP免费

铝合金/高强钢异种金属电阻点焊接头组织观察研究关键词：铝合金，高强钢，电阻点焊，微观组织，性能（本文大部分来自论文：《铝合金/高强钢异种金属电阻点焊研究》）研究原因：随着高强钢、铝合金轻量化材料在汽车制造中应用量的增加，铝合金/高强钢异种金属连接科学技术便成为亟待解决的问题。研究难点：由于铝合金与高强钢异种金属间物理性能存在显著的差异，且Fe在Al中的固溶度极低，导致铝合金/高强钢异种金属的焊接性极差，焊接接头中容易产生缩孔、裂纹等缺陷及硬脆的金属间化合物，大幅度降低了接头的力学性能。研究的材料（H220YD高强钢和6008-T66铝合金成分及性能表）：H220YD高强钢和6008-T66铝合金接头组成：研究结果表明，铝合金/高强钢点焊接头主要由铝合金熔核和热影响区组成，本质上属于熔钎焊接头。接头特点：铝合金与高强钢之间存在着明显的界面，界面处形成了厚度不均匀的金属间化合物层，其主要相组成为靠近高强钢侧的Fe2Al5和靠近铝合金侧的Fe4Al13。铝/钢界面区的硬度分布是不均匀的，界面金属间化合物层的纳米硬度值显著高于两侧区域。实验的断裂特点：点焊接头在拉剪试验中主要以结合面断裂方式破坏，铝合金熔核在铝/钢界面区与高强钢分离。裂纹首先在靠近高强钢侧铝/钢界面金属间化合物层（Fe2Al5）内部及金属间化合物层与高强钢界面处萌生，随后易沿着金属间化合物层扩展。实验设备：采用装备有NimakLHN4型焊钳的中频电阻点焊设备进行焊接试验，中频电阻点焊设备由美国Nimak公司生产，技术参数如下：焊接示意图：高强钢在上面、铝合金在下面，采用搭接的方式电焊过程金属变化:在电阻点焊过程中，焊接区经历了快速熔化、结晶等过程，点焊熔核是在是动态非平衡条件下形成的，这给点焊焊接性理论研究带来了一定的困难。焊接条件：采用常用的F电极条件下，焊接电流9kA、焊接时间300ms、电极压力2.5kN。焊接接头宏观结构特点：点焊接头的高强钢表面由两个区域组成，分别为与电极接触的淡黄色圆形区（I）及其周围的灰色圆环区（II）。I区主要为Fe元素，也存在一定量的Zn、Cu元素；II区的Zn元素明显减少，未检测到Cu元素。由于H220YD高强钢表面存在厚度为8μm的镀锌层，Zn的熔点仅为419.5℃，在点焊过程的初期阶段，表层Zn发生熔化并与铜电极（Cu、Cr）发生互扩散，导致焊接接头表面中心出现淡黄色区（I）；而电极与H220YD表面接触面周边的区域在点焊过程中由于温度的升高促使H220YD表层Zn发生熔化及挥发，产生了灰色环状区。点焊接头的铝合金表面产生了形状规则的圆形压痕。点焊接头主要由铝合金熔核和热影响区组成，铝合金与高强钢之间存在着明显的界面（后面称之为铝/钢界面），铝/钢界面处铝合金熔核直径为5.8mm。在焊接过程中，接头中的铝合金发生熔化而高强钢仍然保持固态，点焊接头是通过液态铝合金在铝/钢界面处对固态高强钢的润湿铺展作用而形成的。接头结构产生原因：高强钢异种金属电阻点焊接头从本质上属于熔-钎焊接头。从图中还可以看出，点焊接头中铝/钢界面并不是一个平整的界面，在接头中心部位铝合金熔核向高强钢侧产生了突起。这种独特的界面形貌是电极压力、液态铝合金在高温下的膨胀力以及高强钢热影响区力学性能变化等多种因素综合作用的结果。在焊接过程中，低熔点的铝合金母材在高温条件下熔化，而靠近铝/钢界面的高强钢侧可能发生奥氏体化转变，其强度降低。在液态铝合金的膨胀力和电极压力的共同作用下，接头中心的液态铝合金压入奥氏体化的高强钢侧，产生了上述的突起，导致不平整铝/钢界面的出现。接头材料的影响：钎焊过程中钎料的润湿铺展性能直接影响钎焊接头的成形及结合性能，而铝合金的钎焊焊接性较差，其表面致密的高熔点氧化膜是阻碍钎料润湿铺展作用的主要因素。在本试验条件下，作为Al-Mg-Si系的6008-T66铝合金母材在点焊过程中除了自身熔化形成铝合金熔核外，还作为液态钎料对H220YD高强钢表面进行润湿铺展，并获得了成形良好的熔-钎焊接头。这主要归因于6008-T66铝合金表面的氧化膜在点焊前已经清除，在点焊过程中高强钢表面未被挤出的镀锌层以及界面处高温条件促进了液态铝合金的润湿铺展，从而有利于改善熔-钎焊接头的...