Mg/Al异种金属超声波点焊工艺及界面性能研究
发布时间：2022-01-15 04:44
镁、铝合金应用于汽车工业能好地满足汽车轻量化发展要求,但是焊接时具有较差的焊接性能和极易形成脆性金属间化合物,以至于采用常规的熔焊方法很难进行焊接。超声波金属焊接是一种广泛应用于轻质金属焊接的固相连接技术,对焊接性较差的Mg/Al异种金属焊接也具有独特的优势。本文通过万能拉伸试验机、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）等方法,研究了AZ31B/6061异种金属超声波焊接以及添加中间夹层时接头的力学性能、微观结构以及界面反应行为。采用田口方法优化焊接工艺参数,获得Mg/Al超声波最佳焊接参数为P=1400 W、t=700 ms、F=0.5 MPa;通过改变焊接时间来控制对接头的焊接能量输入,结果表明接头拉剪力和剥离力均随着焊接能量的增加而先增大后减少;在焊接能量为980 J时接头达到最大的剥离力为107 N,焊缝失效形式为出局部Al熔核拔出断裂。当焊接能量为1540 J时,焊缝界面形成由Al12Mg17和Al3Mg2组成20μm厚的脆、硬IMC层,恶化了接头力学性...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg-Al二元合金相图
图 1.2 超声波焊接系统超声波可以被用来焊接硬热塑性塑料、薄膜和金属等。其中超声波金属的优点有如下几点[47]：1）焊接材料不熔融，不脆弱金属特性，可焊接的材料种类多；2）焊后基本不增加焊缝电阻率，因此工件的导电性好，3）金属表面状态对焊接性能影响较小，表面有氧化膜或涂层均可焊接；4) 焊接速度快、效率高和功耗小，不需任何助焊剂、气体、粘结剂等；5) 焊接无火花，环保安全。但是超声波焊接也存在着一些缺点，比如只适合搭接接头，对于角接和对接头还不适用，同时由于设备的功率限制导致目前只能应用在较薄的板材。超声波焊接系属于压力焊的一种，与电阻点焊相类似一个焊接循环也可“预压”、“焊接”和“维持”三部分，焊缝成型主要经历振动摩擦、温升和
热电偶具有稳定性最好，准确度最高，测温的温区宽和使用寿命长等优点。2.2 实验设备本实验采用的超声波点焊设备为无锡尼可公司生产的型号为 NC-2020A 焊机（如图 1 所示），焊接时超声振动频率为 20 kHz，最大输出功率为 2 kW，焊头的焊点面积为 15×6 mm2，焊座面积为 40×20 mm2，可焊接最大材料厚度~3mm。超声波焊头的压力通过空气压缩机提供，可调节的气缸压力为 0.2MPa~0.7MPa，调节气缸的压强值对应于焊头作用在材料的压力可以通过以下公式进行计算获得[64]：F=Pπ 24(1.1)其中 P 为超声波焊机气缸压强（MPa）；D 为气缸直径（54mm）；F 为加载到试样的静压力即焊接压力（N）。例如可以计算气缸压强 0.3 MPa、0.4 MPa 和0.5 MPa 对应的焊头作用于材料表面的压力为 687.07 N、916.06 N 和 1145.11 N。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁铝异种材料激光焊接的研究现状及发展[J]. 李雷,于治水,张培磊. 热加工工艺. 2017(17)
[2]AZ31镁合金与纯Cu超声波点焊接头组织与力学性能研究[J]. 李雷. 热加工工艺. 2017(15)
[3]化学镀锡层对镁铝异种金属超声波焊接的影响[J]. 崔庆波,李玉龙,杨瑾,王裕波,余啸. 材料科学与工艺. 2017(02)
[4]Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相稳定性与弹性性能第一原理研究[J]. 杨晓敏,侯华,赵宇宏,杨玲,韩培德. 稀有金属材料与工程. 2014(04)
[5]镁/铝异种金属的焊接研究现状[J]. 张瑞英,王波,张海彬. 中国高新技术企业. 2013(16)
[6]钛合金超声波焊接温度场和应力场的数值模拟[J]. 谢陈阳,朱政强,王小龙. 热加工工艺. 2013(07)
[7]轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J]. 李永兵,李亚庭,楼铭,林忠钦. 机械工程学报. 2012(18)
[8]超声波金属焊接的研究现状与展望[J]. 朱政强,吴宗辉,范静辉. 焊接技术. 2010(12)
[9]镁合金与铝合金的夹层扩散焊连接[J]. 赵丽敏,刘黎明,徐荣正,张兆栋. 焊接学报. 2007(10)
[10]Mg/Al异种材料扩散焊界面组织结构及力学性能[J]. 刘鹏,李亚江,王娟. 焊接学报. 2007(06)
博士论文
[1]铝镁异种金属液固复合铸造及界面组织性能研究[D]. 张辉.合肥工业大学 2015
[2]镁合金AZ31/铝合金6061异种金属接触反应钎焊研究[D]. 赵丽敏.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]用于汽车轻量化的铝合金的感应加热电源研究[D]. 郝达.西安理工大学 2018
[2]拉伸应变速率对316不锈钢微观组织演变及力学性能的影响[D]. 孙伶俐.郑州大学 2018
[3]基于田口方法及有限元分析的汽车顶盖工艺参数优化的应用研究[D]. 孟伟.沈阳大学 2017
[4]车用A5052铝合金与DP 600高强钢电阻点焊研究[D]. 陈建斌.重庆大学 2017
[5]轻质镁合金动态力学特性及其在汽车中的应用研究[D]. 付海龙.清华大学 2016
[6]AZ31BMg/6061Al异种合金CMT焊接工艺及接头组织性能研究[D]. 刘猛.江苏科技大学 2016
[7]镁铝异种金属CMT焊接试验研究[D]. 李广乐.南京理工大学 2010
[8]5052铝合金与AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接[D]. 鄢勇.华南理工大学 2010
本文编号：3589925
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg-Al二元合金相图
图 1.2 超声波焊接系统超声波可以被用来焊接硬热塑性塑料、薄膜和金属等。其中超声波金属的优点有如下几点[47]：1）焊接材料不熔融，不脆弱金属特性，可焊接的材料种类多；2）焊后基本不增加焊缝电阻率，因此工件的导电性好，3）金属表面状态对焊接性能影响较小，表面有氧化膜或涂层均可焊接；4) 焊接速度快、效率高和功耗小，不需任何助焊剂、气体、粘结剂等；5) 焊接无火花，环保安全。但是超声波焊接也存在着一些缺点，比如只适合搭接接头，对于角接和对接头还不适用，同时由于设备的功率限制导致目前只能应用在较薄的板材。超声波焊接系属于压力焊的一种，与电阻点焊相类似一个焊接循环也可“预压”、“焊接”和“维持”三部分，焊缝成型主要经历振动摩擦、温升和
热电偶具有稳定性最好，准确度最高，测温的温区宽和使用寿命长等优点。2.2 实验设备本实验采用的超声波点焊设备为无锡尼可公司生产的型号为 NC-2020A 焊机（如图 1 所示），焊接时超声振动频率为 20 kHz，最大输出功率为 2 kW，焊头的焊点面积为 15×6 mm2，焊座面积为 40×20 mm2，可焊接最大材料厚度~3mm。超声波焊头的压力通过空气压缩机提供，可调节的气缸压力为 0.2MPa~0.7MPa，调节气缸的压强值对应于焊头作用在材料的压力可以通过以下公式进行计算获得[64]：F=Pπ 24(1.1)其中 P 为超声波焊机气缸压强（MPa）；D 为气缸直径（54mm）；F 为加载到试样的静压力即焊接压力（N）。例如可以计算气缸压强 0.3 MPa、0.4 MPa 和0.5 MPa 对应的焊头作用于材料表面的压力为 687.07 N、916.06 N 和 1145.11 N。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁铝异种材料激光焊接的研究现状及发展[J]. 李雷,于治水,张培磊. 热加工工艺. 2017(17)
[2]AZ31镁合金与纯Cu超声波点焊接头组织与力学性能研究[J]. 李雷. 热加工工艺. 2017(15)
[3]化学镀锡层对镁铝异种金属超声波焊接的影响[J]. 崔庆波,李玉龙,杨瑾,王裕波,余啸. 材料科学与工艺. 2017(02)
[4]Mg17Al12、Al2Y及Al2Ca相稳定性与弹性性能第一原理研究[J]. 杨晓敏,侯华,赵宇宏,杨玲,韩培德. 稀有金属材料与工程. 2014(04)
[5]镁/铝异种金属的焊接研究现状[J]. 张瑞英,王波,张海彬. 中国高新技术企业. 2013(16)
[6]钛合金超声波焊接温度场和应力场的数值模拟[J]. 谢陈阳,朱政强,王小龙. 热加工工艺. 2013(07)
[7]轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J]. 李永兵,李亚庭,楼铭,林忠钦. 机械工程学报. 2012(18)
[8]超声波金属焊接的研究现状与展望[J]. 朱政强,吴宗辉,范静辉. 焊接技术. 2010(12)
[9]镁合金与铝合金的夹层扩散焊连接[J]. 赵丽敏,刘黎明,徐荣正,张兆栋. 焊接学报. 2007(10)
[10]Mg/Al异种材料扩散焊界面组织结构及力学性能[J]. 刘鹏,李亚江,王娟. 焊接学报. 2007(06)
博士论文
[1]铝镁异种金属液固复合铸造及界面组织性能研究[D]. 张辉.合肥工业大学 2015
[2]镁合金AZ31/铝合金6061异种金属接触反应钎焊研究[D]. 赵丽敏.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]用于汽车轻量化的铝合金的感应加热电源研究[D]. 郝达.西安理工大学 2018
[2]拉伸应变速率对316不锈钢微观组织演变及力学性能的影响[D]. 孙伶俐.郑州大学 2018
[3]基于田口方法及有限元分析的汽车顶盖工艺参数优化的应用研究[D]. 孟伟.沈阳大学 2017
[4]车用A5052铝合金与DP 600高强钢电阻点焊研究[D]. 陈建斌.重庆大学 2017
[5]轻质镁合金动态力学特性及其在汽车中的应用研究[D]. 付海龙.清华大学 2016
[6]AZ31BMg/6061Al异种合金CMT焊接工艺及接头组织性能研究[D]. 刘猛.江苏科技大学 2016
[7]镁铝异种金属CMT焊接试验研究[D]. 李广乐.南京理工大学 2010
[8]5052铝合金与AZ31镁合金的搅拌摩擦焊接[D]. 鄢勇.华南理工大学 2010
本文编号：3589925
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