分析铝异种材料电阻点焊接头力学性能及显微组织 .pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳试验研究一钛／铝异种材料电阻点焊接头力学性能及显微组织南昌航空大学(330063)范东辰程东海陈益平胡德安郑森摘要使用三相次级整流电阻焊机对2A16铝合~／TCA钛合金进行电阻点焊，研究了焊接过程中，工艺参数对力学性能的影响并确定了最佳工艺参数。通过金相显微镜观察了接头的显微组织特征。结果表明，随着焊接电流、焊接时间、电极压力的增加，接头的抗剪载荷呈现先增大后减小的趋势。当焊接电流为12kA、焊接时间为24cyc，电极压力为5．5kN时，接头的抗拉剪力最大值5．60kN。铝合金坝4熔核的显微组织为细小的柱状晶，在两板结合

2、面出现少量粗大等轴晶，钛合金侧熔核的显微组织为粗针状马氏体。关键词：钛合金铝合金电阻点焊力学性能中图分类号：TG442此文中对钛／铝异种材料的电阻点焊的力学性能及显0前言微组织进行分析研究。钛合金具有耐蚀性好、比强度高等特征，广泛应用于1试验方法航空结构件和船舶等领域。由于钛合金成本高昂，现代工业要求轻量化和低成本设计制造，钛合金常需与成本试验采用的材料为2mmx25mmx100mm的低、质量更轻的铝合金连接。充分利用钛合金比强度高、2A16，其主要成分见表1。以及2mmx25mmx100耐蚀性优良和热强性好等方面的优点，铝合金价格便宜、mm的TC4双相钛合金

3、，其主要合金成分见表2。密度小的优点，制造出钛／铝异种合金的复合构件有助于表12A16铝合金化学成分含量(质量分数。％)减轻构件重量和降低制造成本，将在航空航天、船舶制造、民用产品等领域拥有较好的应用前景J。钛／铝异种合金之间的热物理化学性能之间的巨大差异，导致了二者之间的焊接通常比较困难，尤其是表2TC4钛合金化学成分含量(质■分数。％)在钛合金和铝合金发生熔化以后，产生大量TiAl，TiA1，TiA12和TiA1，等脆性的金属间化合物_3J。熔化焊中热输入比较高、热影响区大，焊接过程中几乎不能控制熔合区金属间化合物的含量，导致金属间化合物试验采用KDWJ一

4、17型三相次级整流点焊机，TC4严重长大而使接头变脆无法满足接头使用强度。侧电极为直径20mm的球面铬锆铜电极，2A16侧电极电阻焊焊接能量密度大，焊接时间短，因此焊接产为直径20mm的平面铬锆铜电极。将试样加工成如图品变形小，热影响区小，焊后几乎不用热处理。电阻焊1所示的尺寸。机械化和自动化程度高，操作简单，劳动条件好。近年来，随着汽车工业等现代化高新技术企业在技术上的不断进步，电阻焊方法在整个焊接领域中的所占比例也在不断增加，而且其应用领域也在不断扩大J。目前国内对钛／铝异种材料的电阻点焊的研究还较少，因收稿日期：2015—07—21基金项目：国家自然科学

5、基金资助(51465042)图1焊件试样示意图162016年第1期学兔兔www.xuetutu.com俘掳全，使得点焊接头无法形成熔核或熔核尺寸过小，接头2试验结果及分析抗剪载荷低且不稳定。随着焊接电流增大，热输入增2．1工艺参数对力学性能的影响大，熔核尺寸稳定增大，铝合金的熔化量也增加，接头2．1．1电极压力性能得到提高直到最大值。当焊接电流过大时，由于在焊接电流12kA，焊接时间24cyc的条件下，改钛合金的电阻率非常大，会在钛合金中心部位集聚大变电极压力，研究电极压力对点焊接头力学性能的影量的热量，产生严重的熔核偏移。同时还会在结合面响。如图2所示，当电

6、极压力从3．5kN增加到6．5kN产生大量热量，使得加热速度过快，铝合金熔化的过快时，接头的抗剪载荷先是逐渐增大，到达顶点后再逐渐过多，接头产生严重喷溅现象，接头性能反而下降。减小。当电极压力过小时，由于试片表面凹凸不平，故而试件之间为点接触，使得接触电阻较大。由焦耳定律Q=，可知，接触电阻越大，热输入量越多。同Z时因为电极与试件之间也为点接触，接触面积较小使得散热较差。所以此时焊接区的热累积量较大，从而恩糠引起飞溅，最后影响了接头的强度。当电极压力为4．5kN时，发生少量飞溅，飞溅较小时，会增大接触面积，从而使得接头强度增大，但是飞溅的接头是不符合使用要求的

7、。当电极压力增大时，压力使电极与试件和试件之间的点接触逐渐变为面接触，总电阻和电流密图3焊接电流对剪切力的影响度减小，产热小而散热增加，飞溅被有效的遏止。当电极压力过大时，熔核尺寸下降，严重时会出现未焊透缺2．1．3焊接时间陷，从而导致力学性能下降。在焊接电流12kA，电极压力5．5kN，改变焊接时间，研究焊接时间对点焊接头力学性能的影响。如图4所示，随着焊接时间从6个cyc增加到24个cyc，点焊接头抗剪载荷从2．15kN增加到1O．12kN；然而当一Z脉冲焊接时间达到24个cyc后接头抗剪载荷随着电流的增加反而降低。根据焦耳定律Q=，尺可知，与焊称接电流的

8、影响类似，当焊接时间过短时铝合金熔化量