基于中间层的AZ31镁合金/5052铝合金电阻点焊焊接性研究

发布时间：2021-05-06 15:48

　　针对镁/铝异种合金电阻点焊焊接性差、接头强度低的问题,本文通过分别添加纯镍和镀锡钢作为中间层,研究了基于中间层的镁/铝电阻点焊的焊接工艺和熔核区界面结合机理。通过优化焊接工艺参数,获得了基于中间层的优质点焊接头;使镁/铝电阻点焊接头在微观组织结构和力学性能方面都得到显著提高。并分别对接头在静载和动载载荷的条件下的力学性能进行测试与受力分析,从而为镁/铝异种材料的应用提供理论依据和技术支撑。设计了使用纯镍金属作为中间层进行镁/铝异种合金的电阻点焊焊接试验。为了解决铝侧金属因为热量不足未能熔化的问题,对铝侧和镁侧FF-25原始电极进行了加工优化;通过调整电阻点焊过程中镁、铝两侧的电流密度来降低焊接过程中热量的不均匀分布。经初步试验证明,使用改造后的电极进行基于镍中间层的镁/铝电阻点焊,铝侧有明显的熔核形成,成功获得具有一定强度的点焊接头。与镁/铝直接电阻点焊的力学性能相比,基于镍中间层的镁/铝电阻点焊接头的强度显著提高,可承受的最大拉剪力由2.2 kN提高到了5.5 kN,增幅达到114%,达到了AWS D17.2电阻点焊航空应用标准要求。研究了不同焊接参数和镍层厚度对接头强度的影响作用。... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 镁合金和铝合金的连接
        1.2.1 镁合金和铝合金及其应用
        1.2.2 镁合金和铝合金连接的意义
    1.3 镁/铝异种合金连接的研究现状
        1.3.1 镁/铝激光焊
        1.3.2 镁/铝电弧焊
        1.3.3 镁/铝扩散焊
        1.3.4 镁/铝爆炸焊
        1.3.5 镁/铝搅拌摩擦焊
        1.3.6 镁/铝复合热源焊接
    1.4 基于中间层的镁/铝异种合金连接的研究现状
    1.5 电阻点焊在镁/铝异种连接中的应用及存在问题
    1.6 本文的主要研究内容
第2章 试验材料及研究方法
    2.1 试验材料
    2.2 研究方法
        2.2.1 焊接方法
        2.2.2 焊前准备及焊接参数
        2.2.3 焊件拉剪测试方法
        2.2.4 焊件疲劳性能测试方法
        2.2.5 接头显微硬度测试
        2.2.6 接头微观组织及物相分析方法
    2.3 本章小结
第3章 异种金属镁/铝直接电阻点焊焊接性
    3.1 研究方法
    3.2 接头微观组织分析
        3.2.1 焊接熔核基本形态
        3.2.2 熔核的微观组织结构
        3.2.3 接头显微硬度分布
    3.3 接头力学性能
        3.3.1 焊接电流的影响
        3.3.2 焊接时间的影响
    3.4 断口形貌分析
    3.5 本章小结
第4章 基于高熔点金属中间层的镁/铝电阻点焊焊接性
    4.1 中间层的选择
    4.2 基于镍中间层的镁/铝电阻点焊热分布分析
    4.3 接头的力学性能
        4.3.1 焊接电流缓降时间对接头力学性能的影响
        4.3.2 镍层厚度对接头力学性能的影响
        4.3.3 焊接电流对接头力学性能的影响
    4.4 基于镍中间层的镁/铝接头界面分析
        4.4.1 熔核的形态
        4.4.2 铝-镍界面分析
        4.4.3 镁-镍界面分析
    4.5 断口形貌特征
    4.6 基于镍中间层的镁/铝电阻点焊连接机理分析
        4.6.1 铝侧熔核的凝固过程
        4.6.2 镁侧熔核的凝固过程
    4.7 本章小结
第5章 基于带镀层的高熔点中间层的镁/铝电阻点焊焊接性
    5.1 带镀层高熔点金属中间层
    5.2 接头的力学性能
    5.3 基于镀锡钢中间层的镁/铝接头的界面分析
        5.3.1 熔核的形态及焊接缺陷的控制
        5.3.2 显微硬度分布
        5.3.3 铝-钢界面分析
        5.3.4 镁-钢界面分析
    5.4 断面形貌特征
    5.5 基于镀锡钢中间层的镁/铝电阻点焊连接机理
        5.5.1 铝侧熔核的凝固过程
        5.5.2 镁侧熔核的凝固过程
        5.5.3 接头演化过程分析
    5.6 本章小结
第6章 镁/铝电阻点焊接头疲劳性能研究
    6.1 研究方法
        6.1.1 焊接参数的选择
        6.1.2 疲劳性能测试参数的确定
    6.2 接头的疲劳性能
        6.2.1 接头的疲劳寿命
        6.2.2 疲劳裂纹起始寿命
    6.3 疲劳失效模式分类
        6.3.1 高载荷下的失效模式
        6.3.2 中载荷下的失效模式
        6.3.3 低载荷下的失效模式
    6.4 断面形貌特征及疲劳裂纹扩展形式分析
        6.4.1 镁/铝直接点焊的断面形貌特征
        6.4.2 基于镀锡钢中间层的镁/铝电阻点焊的断面形貌特征
    6.5 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Dissimilar ultrasonic spot welding of Mg-Al and Mg-high strength low alloy steel[J]. V.K.Patel,D.L.Chen,S.D.Bhole.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2014(04)
[2]焊接温度对Mg/Al扩散焊接头微观组织和性能的影响（英文）[J]. 尚晶,王克鸿,周琦,张德库,黄俊,葛佳棋.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(08)
[3]Microstructure and Mechanical Properties of Hybrid Laser-Friction Stir Welding between AA6061-T6 Al Alloy and AZ31 Mg Alloy[J]. Woong-Seong Chang,S.R.Rajesh,Chang-Keun Chun,Heung-Ju Kim.  Journal of Materials Science & Technology. 2011(03)



本文编号：3172195