钢铝点焊焊接过程稳定性研究
发布时间：2021-11-21 17:19
本研究针对钢铝点焊工艺在实际工业生产过程中可能受到的干扰因素,对钢铝点焊过程、钢铝点焊接头的宏观微观组织形貌特征和力学性能造成的影响规律进行了深入的探究,并分析了其影响机理。本课题研究了4种存在于钢铝点焊生产工艺中的扰动因素,分别是由于电极磨损造成的电极长短差异、由于电压不稳造成的电流扰动、由于装配误差和工件尺寸精度造成的板材间隙和同样由于装配误差和工件尺寸精度造成的电极倾角。设计正交实验探究这4个因素对钢铝点焊的影响。每组实验制备拉伸试样和撕裂试样探究扰动因素对力学性能的影响,制备金相试样探究扰动因素对宏观微观组织形貌特征的影响,并利用正交实验的分析方法分析其实验结果。对于力学性能的实验结果,采用统计学的方法进行分析,确保实验结果的准确性。采用的统计学方法有双变量的t检验和响应曲面法。联系扰动因素、宏观微观组织形貌特征和统计学分析的结果,分析扰动因素对钢铝点焊过程和性能的影响机理和规律,期望对实际工业生产提供指导和帮助。研究表明,电极磨损（3mm内）对钢铝点焊接头的性能无影响;电流扰动（±500A内）使焊接电流增大时,能提高点焊接头的力学性能;板材间隙（0-1mm）能提高接头的拉伸性...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属间化合物形貌
上海交通大学硕士学位论文5实验中使用的钢材厚度为1.2mm，使用的铝材厚度为1.0mm。共进行了四组实验，钢材表面的涂层分别为无涂层、纯锌镀层、铝锌镀层和铝镁锌镀层。实验结果表明，纯锌镀层和铝镁锌镀层能在钢铝点焊的过程中通过共晶反应清除铝板表面的氧化层。该实验中，钢板表面使用纯锌镀层和铝镁锌合金镀层的实验组得到的十字拉伸试样的受力峰值均达到了1.3kN[31]。Ibrahim等人在钢板和铝板之间添加了一层铝镁合金垫层，进行电阻点焊。实验所使用的铝板为A6061-T6铝合金，钢板为394奥氏体不锈钢，钢板和铝板的厚度均为2mm。实验表明，加入铝镁合金的中间垫层抑制了金属间化合物的生成和成长，从而提升了点焊接头的力学性能。通过使用中间垫层，研究人员得到了金属间化合物厚度仅为2μm的点焊接头。将得到的钢铝点焊接头置于不同级别的拉伸疲劳应力条件下，根据疲劳应力级别的不同，研究人员观察到了不同的疲劳断裂模式。拔出断裂、界面断裂和铝板方向的厚度断裂分别对应高级别疲劳应力、中级别疲劳应力和低级别疲劳应力条件下的主要断裂模式，见图1-3。研究人员认为断裂模式的转变和应力下熔核的旋转有关，如图1-4所示。在较低应力的条件下，熔核基本无旋转，因此接头的断裂模式主要为铝板方向的厚度断裂。当应力条件提升，熔核旋转加剧，断裂模式就转变为了界面断裂和拔出断裂[32]。图1-3不同的疲劳断裂模式Fig.1-3differentfracturemodes
第一章绪论6图1-4不同疲劳应力下点焊接头的旋转情况Fig.1-4therotationofweldsunderdifferentfatiguestress1.2.3电极形貌对钢铝点焊的影响通用汽车公司的Sigler等人尝试改变电极头的形貌，从而降低电极磨损，提升点焊过程中电极头的使用寿命[33]。GM专利的多环形电极（图1-6）能有效的击穿铝板表面的氧化层，极大的降低了铝板和电极之间的接触电阻[34,35]。因此，降低了电极和铝板接触处的产热，抑制了铝板和铜电极的反应，提升了电极寿命。此外，该电极也进一步集中了铝板和铝板接触表面的能量输入。多环形电极同样能够提升铝点焊过程的稳定性：使用多环形电极进行焊接，即使在电极与板材之间出现焊接倾角或者铝板材之间出现间隙的情况下，也能得到相对稳定的铝点焊接头。西格莱尔等人的实验表明多环形电极同样可以应用于钢铝点焊和钢钢点焊，这表明可以在同一生产线上进行钢钢点焊、铝铝点焊和钢铝点焊，避免了由于焊接材料的不同对生产线进行频繁调整。多环形电极的投入使用提高了实际生产线的效率和灵活性[36-39]。图1-5多环形电极示意图Fig.1-5thediagramofmulti-ringelectrode上海交通大学的张敏等人使用球面环装电极进行钢铝点焊的研究，如图1-6
【参考文献】：
期刊论文
[1]电极形貌对铝合金点焊工艺稳定性的影响[J]. 王艳俊,朱政强,杨上陆,陶武. 兵器材料科学与工程. 2017(04)
[2]铝钢异种材料搅拌摩擦点焊研究现状[J]. 王泽,王敏. 焊接. 2016(06)
[3]汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J]. 郑晖,赵曦雅. 锻压技术. 2016(02)
[4]铝合金/镀锌钢异种材料薄板的超声波点焊[J]. 温昌金,李玉龙,赵诚. 焊接学报. 2015(09)
[5]镀锌钢-2024铝合金异种金属的电阻点焊[J]. 冀春涛,陶云,周曦文. 热加工工艺. 2015(07)
[6]铝-铝板和铝-镀锌钢板的电阻点焊研究[J]. 陈思杰,武守辉,潘丽杰. 河南理工大学学报(自然科学版). 2014(01)
[7]铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析[J]. 石玗,何翠翠,黄健康,樊丁. 兰州理工大学学报. 2013(04)
[8]钢铝一体化车身框架结构关键技术及最新进展[J]. 钟长艺,余本善. 机械设计与制造. 2012(01)
[9]超声波焊技术的研究现状[J]. 倪泉,陈玉华. 现代焊接. 2011(10)
[10]车身轻量化与钢铝一体化结构新技术的研究进展[J]. 龙江启,兰凤崇,陈吉清. 机械工程学报. 2008(06)
博士论文
[1]铝合金/高强钢异种金属电阻点焊研究[D]. 张伟华.吉林大学 2011
硕士论文
[1]钢铝异种金属电阻点焊接头性能与界面行为的研究[D]. 张敏.上海交通大学 2018
[2]钢-铝电阻点焊数值模拟及预热过程接触面微观机理研究[D]. 王炜杰.上海交通大学 2017
[3]汽车轻量化异种材料胶接接头力学性能研究[D]. 杨晓莉.大连理工大学 2014
[4]汽车用钢与铝合金电阻点焊机理研究[D]. 崇玉良.上海交通大学 2012
[5]汽车用钢板铝板胶接性能研究[D]. 王玲.同济大学 2007
本文编号：3509915
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属间化合物形貌
上海交通大学硕士学位论文5实验中使用的钢材厚度为1.2mm，使用的铝材厚度为1.0mm。共进行了四组实验，钢材表面的涂层分别为无涂层、纯锌镀层、铝锌镀层和铝镁锌镀层。实验结果表明，纯锌镀层和铝镁锌镀层能在钢铝点焊的过程中通过共晶反应清除铝板表面的氧化层。该实验中，钢板表面使用纯锌镀层和铝镁锌合金镀层的实验组得到的十字拉伸试样的受力峰值均达到了1.3kN[31]。Ibrahim等人在钢板和铝板之间添加了一层铝镁合金垫层，进行电阻点焊。实验所使用的铝板为A6061-T6铝合金，钢板为394奥氏体不锈钢，钢板和铝板的厚度均为2mm。实验表明，加入铝镁合金的中间垫层抑制了金属间化合物的生成和成长，从而提升了点焊接头的力学性能。通过使用中间垫层，研究人员得到了金属间化合物厚度仅为2μm的点焊接头。将得到的钢铝点焊接头置于不同级别的拉伸疲劳应力条件下，根据疲劳应力级别的不同，研究人员观察到了不同的疲劳断裂模式。拔出断裂、界面断裂和铝板方向的厚度断裂分别对应高级别疲劳应力、中级别疲劳应力和低级别疲劳应力条件下的主要断裂模式，见图1-3。研究人员认为断裂模式的转变和应力下熔核的旋转有关，如图1-4所示。在较低应力的条件下，熔核基本无旋转，因此接头的断裂模式主要为铝板方向的厚度断裂。当应力条件提升，熔核旋转加剧，断裂模式就转变为了界面断裂和拔出断裂[32]。图1-3不同的疲劳断裂模式Fig.1-3differentfracturemodes
第一章绪论6图1-4不同疲劳应力下点焊接头的旋转情况Fig.1-4therotationofweldsunderdifferentfatiguestress1.2.3电极形貌对钢铝点焊的影响通用汽车公司的Sigler等人尝试改变电极头的形貌，从而降低电极磨损，提升点焊过程中电极头的使用寿命[33]。GM专利的多环形电极（图1-6）能有效的击穿铝板表面的氧化层，极大的降低了铝板和电极之间的接触电阻[34,35]。因此，降低了电极和铝板接触处的产热，抑制了铝板和铜电极的反应，提升了电极寿命。此外，该电极也进一步集中了铝板和铝板接触表面的能量输入。多环形电极同样能够提升铝点焊过程的稳定性：使用多环形电极进行焊接，即使在电极与板材之间出现焊接倾角或者铝板材之间出现间隙的情况下，也能得到相对稳定的铝点焊接头。西格莱尔等人的实验表明多环形电极同样可以应用于钢铝点焊和钢钢点焊，这表明可以在同一生产线上进行钢钢点焊、铝铝点焊和钢铝点焊，避免了由于焊接材料的不同对生产线进行频繁调整。多环形电极的投入使用提高了实际生产线的效率和灵活性[36-39]。图1-5多环形电极示意图Fig.1-5thediagramofmulti-ringelectrode上海交通大学的张敏等人使用球面环装电极进行钢铝点焊的研究，如图1-6
【参考文献】：
期刊论文
[1]电极形貌对铝合金点焊工艺稳定性的影响[J]. 王艳俊,朱政强,杨上陆,陶武. 兵器材料科学与工程. 2017(04)
[2]铝钢异种材料搅拌摩擦点焊研究现状[J]. 王泽,王敏. 焊接. 2016(06)
[3]汽车轻量化及铝合金在现代汽车生产中的应用[J]. 郑晖,赵曦雅. 锻压技术. 2016(02)
[4]铝合金/镀锌钢异种材料薄板的超声波点焊[J]. 温昌金,李玉龙,赵诚. 焊接学报. 2015(09)
[5]镀锌钢-2024铝合金异种金属的电阻点焊[J]. 冀春涛,陶云,周曦文. 热加工工艺. 2015(07)
[6]铝-铝板和铝-镀锌钢板的电阻点焊研究[J]. 陈思杰,武守辉,潘丽杰. 河南理工大学学报(自然科学版). 2014(01)
[7]铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析[J]. 石玗,何翠翠,黄健康,樊丁. 兰州理工大学学报. 2013(04)
[8]钢铝一体化车身框架结构关键技术及最新进展[J]. 钟长艺,余本善. 机械设计与制造. 2012(01)
[9]超声波焊技术的研究现状[J]. 倪泉,陈玉华. 现代焊接. 2011(10)
[10]车身轻量化与钢铝一体化结构新技术的研究进展[J]. 龙江启,兰凤崇,陈吉清. 机械工程学报. 2008(06)
博士论文
[1]铝合金/高强钢异种金属电阻点焊研究[D]. 张伟华.吉林大学 2011
硕士论文
[1]钢铝异种金属电阻点焊接头性能与界面行为的研究[D]. 张敏.上海交通大学 2018
[2]钢-铝电阻点焊数值模拟及预热过程接触面微观机理研究[D]. 王炜杰.上海交通大学 2017
[3]汽车轻量化异种材料胶接接头力学性能研究[D]. 杨晓莉.大连理工大学 2014
[4]汽车用钢与铝合金电阻点焊机理研究[D]. 崇玉良.上海交通大学 2012
[5]汽车用钢板铝板胶接性能研究[D]. 王玲.同济大学 2007
本文编号：3509915
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