基于特殊电极的铝/钢电阻点焊研究

摘要

随着我国汽车拥有量的迅速增长，汽车产生的尾气严重破坏了我们赖以生存的现实环境，减少汽车尾气排放量是我国环境保护亟需解决的问题。研究表明，减轻汽车自重是汽车降耗、减排最有效的途径之一。汽车自身重量每减轻10％，燃油消耗将降低6%～10%，其尾气排放将降低4%。汽车车身的轻量化已成为实现我国汽车工业高速发展与低碳排放、建设环境友好型社会之间协调发展的必然选择。用铝合金等轻质材料取代传统的钢铁材料用于汽车车身结构是汽车轻量化的最主要途径。因此，铝/钢异种金属的连接将不可避免。然而，由于两者之间的固溶度较低、容易在界面生成脆性的反应层，所以这两材料之间的连接还存在一些问题。
　　本文通过改变电极工艺条件对A6061铝合金与Q235低碳钢异种金属电阻点焊进行试验研究。利用光学显微镜、扫描电子显微镜观察、分析接合界面区显微组织特性。探讨了焊接电流、焊接时间及电极压力对熔核尺寸和接头抗剪力的影响，较系统地研究了铝合金与低碳钢异种金属电阻点焊接头的组织与性能。研究结果表明，在不同电极工艺条件下，接头中的铝合金与低碳钢界面处都形成了一系列的金属间化合物层。其中，采用普通电极和不对称电极的点焊接头界面的金属间化合物层厚度沿界面分布均为中间厚两边薄如橄榄球形状的趋势，两者点焊接头界面处 IMC平均厚度分别约为4μm和2.5μm；而采用环形复合电极的点焊接头界面处金属间化合物层厚度沿界面分布为两边厚中间薄如马鞍形状的趋势，接头界面处IMC平均厚度约为2μm。铝/钢点焊接头在拉伸实验中主要以层状撕裂形式破坏。
　　本文还较为系统地研究了点焊参数对A6061铝合金与Q235低碳钢异种金属电阻点焊接头组织及力学性能的影响规律。结果表明，采用环形复合电极焊接铝合金A6061与低碳钢Q235时，接头抗剪载荷随焊接电流的增加而增大，随焊接时间和电极压力的增大呈先增大后下降的趋势。焊接电流为26kA时，接头的抗剪力和熔核直径最大，分别为5.86kN和9.97mm。
　　对于三种电极工艺条件下的点焊接头，环形复合电极条件下接头表面点焊成形质量最好，非对称电极条件下接头次之，普通球面电极条件下接头最差。采用环形复合电极焊接的点焊接头熔核尺寸及抗剪力相比使用普通球面电极的分别提高了9.7%和17.4%。结果表明，采用环形复合电极电阻点焊方法焊接 A6061铝合金与Q235低碳钢是比较有效的。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 铝/钢异种金属的焊接性

1.3 铝/钢异种材料连接的国内外研究现状

1.4 本课题研究内容及创新

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 环形复合电极的设计与制作

3.1 环形复合电极的设计

3.2 环形复合电极的制作

3.3 环形复合电极制备工艺比较分析

3.4 本章小结

第4章 基于环形复合电极的铝/钢电阻点焊接头

4.1 基于普通球面电极的铝/钢电阻点焊

4.2 基于环形复合电极的铝/钢电阻点焊

4.3 本章小结

第5章 基于非对称电极的铝/钢电阻点焊接头

5.1 接头宏观形貌

5.2 接头界面微观组织

5.3 焊接参数对接头性能的影响

5.4 断口分析

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果