铝/钛异种材料电阻焊工艺优化及接头形成机理

摘要

铝/钛异种合金复合结构可以充分利用两种应用广泛的轻金属材料各自的优点，既能够利用钛合金良好的高温性能、比强度、塑性及韧性，同时还具有了一定的经济性，在车辆载具、国防科工等领域前景广阔。电阻焊作为常见焊接方法的一种，可以实现自动机械化而且操作非常简单，所以对铝/钛异种材料电阻焊工艺进行研究从而形成可靠的复合结构，可以推动其在实际生产中的应用。本文针对LY12铝合金和TC4钛合金的电阻焊进行研究，通过调节点焊工艺（工艺参数和脉冲数量）及添加Ni颗粒这两种方法以获得良好的焊接接头，研究了工艺参数对接头拉剪强度的影响，分析了接头的微观组织和接头的形成过程，并通过化合物生成焓揭示了接头中金属间化合物的形成机理。
　　结果表明：电阻焊接头的抗拉剪力随着焊接电流、电极压力和焊接时间的增大均呈现先增大后减小的趋势。各区域的组织差异性不大，IMC层（金属间化合物层）厚度是影响接头性能的主要因素。在最佳工艺参数条件下，单脉冲焊接接头中的IMC层厚度约为1μm，三脉冲焊接接头中的IMC层厚度约为3μm，而添加Ni颗粒焊接接头中的IMC层厚度基本都在6～8μm的区间里，因此，添加Ni颗粒焊接接头的抗拉剪力最大，为7.12kN，比三脉冲直接焊接头提高了近1.1kN，比单脉冲直接焊接头提高了2.88kN。添加Ni颗粒焊接的最佳工艺参数为电极压力3.03kN，预热脉冲电流7.5kA、焊接时间10cyc（1cyc=0.02s），焊接脉冲电流12.1kA、焊接时间45cyc，缓冷脉冲电流7.5kA、焊接时间10cyc。
　　直接焊时IMC层的主要成分为三种可直接生成的Al-Ti化合物中生成焓最小的TiAl3，而添加Ni颗粒焊接时IMC层主要由靠近铝侧的一层1～2μm厚的平面状NiAl3和在钛合金/铝合金之间散乱分布着的白色块状TiAl3构成。NiAl3由五种Al-Ni化合物中生成焓最小的Ni2Al3跟Al原子反应生成，由于NiAl3的生成焓比TiAl3的生成焓要小，所以接头中会优先发生NiAl3的转变反应。当有TiAl3生成时，接头中的Al-Ni金属间化合物只剩下NiAl3。由于TiAl3无法即时形成，使得其最终散乱分布在过渡层中，间接增加了IMC层的厚度，提高了接头强度。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2铝/钛异种材料焊接性分析

1.3铝/钛异种材料焊接研究现状

1.4 本课题主要研究内容

1.5 技术路线图

第2章 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

第3章 铝/钛异种材料直接电阻点焊

3.1单脉冲焊接

3.2 三脉冲焊接

3.3 接头形成过程

3.4 本章小结

第4章 添加Ni颗粒的铝/钛异种材料电阻焊

4.1 工艺参数对接头拉剪强度的影响

4.2 点焊接头组织分析

4.3 接头形成过程

4.4 本章小结

第5章 铝/钛异种材料电阻焊接头形成机理

5.1单脉冲直接焊接头形成机理

5.2三脉冲直接焊接头形成机理

5.3添加Ni颗粒的焊接接头形成机理

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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