AZ31镁合金与DC54D钢电阻点焊研究

摘要

在车辆制造行业飞速发展的同时，由汽车引起的能源危机以及温室气体排放问题也逐渐成为了社会关注的热点。汽车轻量化成为了解决能源危机并且减少温室气体排放的重要途径。由于AZ31镁合金具有着较高的比强度和良好的焊接性，成为了为实现汽车轻量化的首选轻合金之一。而DC54D拥有着极其优秀的超深冲压性能，成为了汽车制造行业中较为主流的覆盖件。AZ31镁合金与DC54D钢的组合使用能够实现既减轻重量，又安全环保这一优点。同时，电阻点焊是车辆制造领域应用的较多的材料连接方法。因此，对AZ31与DC54D的电阻点焊的研究具有很重要的意义。　　本文以AZ31镁合金和DC54D钢为研究对象，主要研究了AZ31/DC54D的电阻点焊，加入了20μm和50μm厚的锌箔中间层的AZ31/DC54D电阻点焊以及添加了辅板的AZ31/DC54D电阻点焊。主要对这三种AZ31/DC54D点焊接头的宏观特征，显微组织和力学性能的进行了研究；还对AZ31和DC54D电阻点焊过程中的熔核形成与生长的机理，点焊接头的断裂失效形式进行了分析。　　AZ31/DC54D点焊接头AZ31一侧可以分为母材区（BM）、热影响区（HAZ）和熔核区（FZ）。热影响区晶粒明显长大，平均晶粒尺寸达到了 12μm。熔核区边缘和中心分别由柱状树枝晶和等轴树枝晶组成，晶界上析出了较多的 Mg2Si 和Al11Mn3Zn2。DC54D钢一侧分为母材区和热影响区，分别由等轴的铁素体以及粗大的铁素体晶粒组成，镁钢界面处处生成了Fe-Al金属间化合物。随着焊接电流和焊接时间增大，接头的断裂形式由界面断裂转变成焊核剥离断裂，抗拉剪力先增大并保持稳定。当焊接电流为8KA，焊接时间为14个周波，电极压力为2.5KN时，点焊接头发生了焊核剥离断裂，接头的抗拉剪力达到了最大值3.1KN。　　在加入了20μm，50 μm的中间层Zn片后，AZ31和DC54D点焊接头的宏微观组织发生了变化，AZ31一侧熔核的直径略微增大，熔核的厚度分别减小了30%和 60%。接头的熔核区由镁锌共晶组织构成，MgZn2第二相在熔核区晶界上连续分布，显微硬度升高到了 135HV，增大了 28.6%。随着焊接电流增大，接头的抗拉剪力会先增加后下降，加入Zn片厚度越大，AZ31一侧镁合金板厚压下量也更大，当加入20μmZn片，焊接电流为8KA，焊接时间为14个周波，电极压力为2.5KN时，接头的抗拉剪力达到了最大值 3.6KN。比相同焊接工艺参数下原始AZ31/DC54D接头提升了18%。　　在AZ31镁合金外侧加入了DC54D辅板后，接头的等效电阻增大，较大的焊接热输入使得AZ31熔核直径平均增大了30%。熔核区内部的晶粒也明显粗化，等轴晶粒尺寸达到了10μm，熔核区的显微硬度为112HV。同时内部的显微裂纹、缩孔以及缩松也明显增多。随着焊接电流的增大，接头的抗拉剪力会逐渐升高，但板厚减小情况也更加严重。是当焊接电流为7 KA，焊接时间为14周波，电极压力为2.5KN时，三层板点焊接头抗拉剪力达到了最大值4.9KN，比相同焊接工艺参数下原始的AZ31/DC54D点焊接头高出了50%。

目录

1 绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 镁钢异种合金焊接性

1.3 镁/钢异种合金焊（连）接技术的研究现状

1.3.1 搅拌摩擦焊

1.3.2 扩散焊

1.3.3 激光焊

1.3.4 激光-TIG复合焊

1.4 本文主要研究内容

2 实验材料、方法和设备

2.1 实验材料

2.2 焊接实验方法和实验设备

2.3 接头测试分析方法及设备

2.3.1 力学性能测试

2.3.2 微观组织分析

3 AZ31/DC54D焊点组织结构与力学性能

3.1 AZ31/DC54D焊点宏微观结构

3.1.1 宏观特性分析

3.1.2 显微组织分析

3.1.3 宏微观缺陷分析

3.2 焊接工艺参数对点焊接头组织的影响

3.2.1 焊接电流

3.2.2 焊接时间

3.2.3 电极压力

3.3 AZ31/DC54D焊点力学性能

3.3.1 显微硬度

3.3.2 拉伸剪切力学性能

3.4 AZ13/DC54D焊点的断裂形式

3.4.1 界面断裂

3.4.2 焊核剥离断裂

3.5 本章小结

4 添加Zn片中间层AZ31/DC54D焊点组织结构与力学性能

4.1 添加Zn片中间层AZ31/DC54D焊点宏微观结构

4.1.1 宏观特性分析

4.1.2 显微组织分析

4.2 添加Zn片中间层AZ31/DC54D焊点力学性能

4.2.1 显微硬度

4.2.2 拉伸剪切力学性能

4.3 添加Zn片中间层AZ31/DC54D焊点断裂特征

4.3.1 界面断裂

4.3.2 焊核剥离断裂

4.4本章小结

5 添加辅板的AZ31/DC54D焊点组织结构与力学性能

5.1 添加辅板的AZ31/DC54D焊点宏微观结构

5.1.1 宏观特性分析

5.1.2 显微组织分析

5.2 添加辅板的AZ31/DC54D焊点力学性能

5.2.1 显微硬度

5.2.2 拉伸剪切力学性能

5.3 添加辅板的AZ31/DC54D焊点断裂特征

5.3.1 界面断裂

5.3.2 焊核剥离断裂

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文情况

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的相关科研项目

C. 学位论文数据集

致谢