基于添加Zn中间层的汽车用镁/铝异种金属电阻点焊工艺与性能研究

作者:李敬福;陈强 刊名:热加工工艺 上传者:郑之哲

【摘要】采用电阻点焊并添加Zn中间层对汽车用镁合金和铝合金进行焊接,通过金相显微镜、扫描电镜和万能试验机研究了焊接接头组织和性能。结果表明,添加Zn中间层后,汽车用镁合金和铝合金电阻点焊时两侧母材分别与Zn发生反应,Zn的加入阻止了镁铝的直接接触,铝侧断口主要物相为Al、MgZn_2和Al_5Mg_(11)Zn_4,镁侧断口主要物相为Mg、MgZn_2,断裂发生在MgZn_2处。随着焊接电流或焊接时间的增加,添加Zn中间层的汽车用镁/铝异种金属焊接接头拉剪力先增加后减小,焊接电流25 kA、焊接时间500 ms、焊接压力8 kN时,接头拉剪力达到最大值4.93 kN。

全文阅读

随着工业化的发展和科技的进步,能源和环境问题日益突出。镁合金和铝合金由于具有更轻的重量,在结构件中可以降低自重,节约燃料,在汽车领域中的应用越来越广泛[1]。随着镁合金和铝合金在汽车上的广泛应用,不可避免地遇到镁合金或铝合金与钢铁或镁合金和铝合金的焊接,因此,研究镁合金和铝合金的焊接具有非常重要的意义[2]。电阻点焊具有操作简单、工作效率高等特点,在汽车工业薄板焊接构件中应用广泛[3]。镁合金和铝合金由于物理化学等方面差异较大,导致焊接接头质量较差。同时镁合金和铝合金直接焊接时不可避免地产生高硬度镁铝系金属间化合物,是镁合金和铝合金面对的一个主要焊接难题[4-5]。目前比较普遍的解决办法是采用中间层阻止镁铝直接接触[6]。Zn由于具有与镁相同的晶格类型,且与铝固溶度较大[7]。因此,本文以汽车用镁合金和铝合金为焊接母材,采用电阻点焊方法,通过添加锌中间层来实现镁铝的焊接,研究焊接接头工艺及性能,为镁合金和铝合金的焊接提供试验基础。1试验材料与方法试验母材为纯镁Mg1和纯铝1060,母材厚度为2 mm,试验材料化学成分如表1所示。试验采用搭接形式,采用线切割将母材加工成30 mm×100 mm,搭接长度30mm。中间层材料为Zn箔,厚度为70μm。试验设备为唐山开元生产的DBZ-160中频点焊机,电极材料为Cu Zr Cr,镁侧电极球面直径200mm,铝侧电极球面直径100 mm。焊接前用酒精清洗,用砂纸打磨表面去除表面氧化膜。采用硬规范进行焊接,选定焊接压力8k N。采用线切割将点焊接头从熔核中心切开,切取20 mm×10 mm大小试样,经镶嵌抛光、超声清洗、烘干、腐蚀后,采用金相显微镜和扫描电镜观察点焊接头微观组织和成分分析。采用万能试验机测试点焊接头拉剪力,拉伸试验按GB/T2651-1989标准进行,每个试验样品取3个值的平均值。2试验结果及讨论2.1点焊接头微观组织图1为添加Zn中间层后镁铝异种金属点焊接头界面结构,左侧为铝合金,右侧为镁合金。表2为图1中各区域能谱分析结果。由分析结果可知,Al侧Mg含量和Zn含量高于铝合金中相应含量,表明焊接时母材铝合金和过渡层发生了相互扩散。中间过渡层中分别含32.25%的Al,45.36%的Mg和22.39%的Zn;同理可知母材镁合金与过渡层之间发生了元素扩散。从而可以得出,Zn中间层的加入能有效避免镁合金和铝合金的相互接触,最大限度地减少镁铝相金属间化合物的生成,提高接头质量。2.2点焊接头拉剪力图2为焊接时间500ms、焊接压力8k N时焊接电流对镁铝异种金属电阻点焊接头拉剪力的影响。由图可见,焊接电流从24k A增加到26k A时,接头拉剪力先增加后减小,焊接电流25k A时达到最大值4.93k N。焊接电流较小时,焊接热输入量较小,接头熔核形成质量较差,熔核尺寸较小,接头强度不高;焊接电流过大时,焊接热输入量大,加热速度较快,熔核的生长速度超过了塑性环的增长速度而导致焊接飞溅的产生,焊点质量下降。图3为焊接电流25k A、焊接压力8k N时焊接时间对镁铝异种金属电阻点焊接头拉剪力的影响。可看出,接头拉剪力随焊接时间的变化趋势与焊接电流对拉剪力影响的变化趋势相似,即先增加后减小。根据焦耳定律,点焊时热输入量与焊接时间成正比。镁合金和铝合金焊接时,首先熔化的为中间层锌,通电时间较短时,接头强度较低;随着通电时间的增加,镁合金和铝合金开始熔化,熔化的锌层与母5.04.84.64.44.24.03.83.624.0 24.5 25.0 25.5 26.0焊接电流/k A拉剪力/kA图2焊接电流对接头

参考文献

引证文献

问答

我要提问