网站首页 资讯 热点 行情 地区 推荐 民宿 酒店 家居 度假 滚动
首页 >  热点 >  >  正文

环球消息!以锌为中间层改善汽车轻量化铝/镁双金属复合材料焊接特性研究

2023-06-21 14:54:36来源:特铸杂志

为了节能减排、保护环境,汽车轻量化已成为全球汽车工业可持续发展的重要课题。在汽车车身中,用铝合金、镁合金等轻质材料部分取代钢铁材料是汽车轻量化最有效途径之一。因此,在这样的汽车车身结构焊装中铝合金与镁合金的连接将难以避免。具有FCC 结构的铝与HCP 结构的镁在接合界面易形成脆性的金属间化合物,制约了铝合金与镁合金的有效连接。近年来,一些施焊温度较低的扩散焊、搅拌摩擦焊、线性摩擦焊、爆炸焊、超声波焊以及磁脉冲焊等固态焊接方法被用于焊接铝合金与镁合金。但是,界面金属间化合物仍是制约甚至主导接头力学性能的主要因素。


(资料图片)

添加填充材料或过渡层是有效调控异种金属接合界面冶金反应的主要措施。对铝合金与镁合金的TIG 焊、MIG 焊等熔化焊的研究表明,以锌作为填充物或中间层能够调控界面反应,进而改善接头性能。电阻点焊因具有生产效率高、操作简便、无需填充材料、易于实现自动化等优点,是汽车车身焊装的主要焊接方法。在电阻点焊中母材也发生局部熔化。因此,铝合金与镁合金的间电阻点焊焊接性较差。

郑州铁路职业技术学院晋兵营副教授等在2022年第42卷第12期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“以锌为中间层铝合金与镁合金的电阻点焊的文章”。以60 μm厚的锌片作为中间层对铝合金A6061与镁合金AZ31B进行电阻点焊,利用扫描电镜等对接头熔核区的微观组织进行观察分析,研究了焊接参数对A6061/Zn/AZ31B接头熔核大小和接头抗剪载荷的影响。熔核靠近铝合金侧有厚度约为20 μm的 Al12Mg17层形成,靠近镁合金侧有10 μm厚的Al12Mg17+(Mg)共晶层形成。结果表明,随着焊接电流、时间及电极压力的增大,A6061/Zn/AZ31B接头的抗剪载荷呈先增大后下降的趋势,最大抗剪力约为3.8 kN。

【引用格式】

晋兵营,王宁.以锌为中间层铝合金与镁合金的电阻点焊[J].特种铸造及有色合金,2022,42(11):1 380-1 384.

JIN B Y,WANG N.Resistance spot welding between aluminum alloy and magnesium alloy with zinc inter layer[J].Special Casting& Nonferrous Alloys,2022,42(11):1380-1384.

【研究方案】

试验材料为2mm厚的A6061铝合金板和AZ31B镁合金板,其化学成分见表1。中间过渡层为60 μm厚的纯锌。将铝合金、镁合金板剪切成100 mm×30 mm片状,中间过渡层锌片剪切呈30 mm×30 mm。采用无水乙醇对铝合金、镁合金片和锌过渡层表面进行脱脂,风干后搭接,使中间过渡层锌片置于铝合金和镁合金之间。搭接长度为30 mm。

点焊时,分别变化焊接电流、焊接时间和电极压力对铝合金与镁合金进行点焊,具体焊接参数见表2,其中焊接时间单位为周波(1 cycle=0.02 s)。焊接所用电极为CuCrZr合金,电极端面直径为6 mm。每种条件下焊接5组试样。焊后,在室温下以1 mm/min的速率对所焊接头进行抗剪试验。对部分接头进行断面观察。垂直于接合界面沿焊点直径横切焊接接头,研磨、抛光其断面。用扫描电镜(JSM-5610LV, SEM)对接合区微观形貌进行观察,并进行成分分析。在接头特征区域选取试样,经机械研磨、离子减薄后,用透射电镜(FEI Titan themis G260-300, TEM)观察分析接头区的微观组织与结构。

【研究结果】

以锌为中间层对A6061铝合金与AZ31B镁合金进行电阻点焊的接头,其熔核主要由Al12Mg17与(Mg)固溶体的共晶组织构成。

电阻点焊A6061/Zn/AZ31B接头在铝合金侧熔核边界处,形成了厚度约为20μm的 Al12Mg17反应层。在镁合金侧熔核边界处,形成了厚度约为10μm的 Al12Mg17与(Mg)的共晶组织层。

电阻点焊A6061/Zn/AZ31B接头,随焊接电流、焊接时间、电极压力的增大,A6061/Zn/AZ31B接头抗剪载荷则呈先增大后降低的变化趋势。

(a)断面图像(b)成分分析结果

图1 接头断面及成分分析结果

(a)SEM图像(b)图a中M-N成分分析结果

图2 铝合金侧熔核的微观结构及成分分析结果

(a)SEM图像;(b)高角环形暗场像;(c)Mg、(d)Al(e)Zn

图3 镁合金侧熔核的微观结构及成分分析结果

图4 熔核中心区SEM图

图5 焊接电流对A6061/Zn/AZ31B接头熔核直径、抗剪载荷的影响

图6 焊接时间对A6061/Zn/AZ31B接头熔核直径、抗剪载荷的影响

图7 电极压力对A6061/Zn/AZ31B接头熔核直径、抗剪载荷的影响

标签:

相关文章

[ 相关新闻 ]