鋁、鎂異種合金點焊接頭力學(xué)性能分析

婁振洋

（青海高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 海東 810700）

汽車作為人們出行的主要代步工具，大量尾氣排放造成全球氣候變暖，解決這一問題的主要方法是實現(xiàn)汽車輕量化，從而減少尾氣排放量。鋁合金及鎂合金作為現(xiàn)如今主要的輕型材料，在汽車輕量化發(fā)展中占有重要地位。

電阻焊具有節(jié)省材料（焊接中無需添加焊材）、易實現(xiàn)機械化操作等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。對鋁、鎂異種合金進行電阻點焊，分析其點焊接頭的力學(xué)性能是非常必要的。

1 試驗材料、設(shè)備及過程

1.1 試驗材料

一組采用2mm 厚的6061 鋁合金和2mm 厚的AZ31B 鎂合金進行點焊試驗，另一組采用（2+2）mm厚的6061 鋁合金進行點焊試驗，兩組點焊接頭進行試驗數(shù)據(jù)對比。在焊前使用酒精擦拭試樣表面，徹底清除表面油污及其他雜質(zhì)。其中6061 鋁合金化學(xué)成分如表1 所示，AZ31B 鎂合金化學(xué)成分如表2 所示。

表1 6061 鋁合金的化學(xué)成分（單位：%）

表2 AZ31B 鎂合金的化學(xué)成分（單位：%）

1.2 試驗設(shè)備

該試驗采用SMD—60 型點焊機。該點焊機的額定功率為180kW，最大電極加壓力為12kN，最大焊接電流為30kA，如圖1 所示：

圖1 SMD—60 型點焊機

1.3 試驗參數(shù)及結(jié)果分析

兩組試驗均采用搭接接頭，在其他參數(shù)不變（焊接電壓、通電時間）的情況下，改變焊接電流。第一組（（2+2）mm 厚的 6061 鋁合金進行點焊試驗）得到4 組點焊工藝參數(shù)（試驗結(jié)果）如表3 所示，點焊熔核如圖2 所示。

表3 4 組點焊工藝參數(shù)表及試驗結(jié)果

圖2 （2+2）mm6061 鋁合金點焊熔核

如上所述，相同的點焊條件，第二組（2mm 厚的6061 鋁合金和2mm 厚的AZ31B 鎂合金進行點焊試驗）得到4 組點焊工藝參數(shù)（試驗結(jié)果）如表4 所示，點焊熔核如圖3 所示。

表4 4 組點焊工藝參數(shù)表及試驗結(jié)果

圖3 2mm 厚的6061 鋁合金和2mm 厚的AZ31B鎂合金點焊熔核

從該試驗的兩組試驗數(shù)據(jù)中我們可以看出，當保持焊接壓力與通電時間不變的情況下，兩組試板的熔核直徑、剪切強度與正拉強度都會隨著焊接電流的增大而增大。這是因為焊接釋放的熱量與電流的平方成正比，電流增大的同時，單位時間內(nèi)形成的熱量增多，導(dǎo)致熔核直徑增大，從而使剪切強度與正拉強度同比增大。但第一組（（2+2）mm 厚的6061 鋁合金進行點焊試驗）試驗中的焊點相比第二組（2mm 厚的 6061 鋁合金和 2mm 厚的 AZ31B 鎂合金進行點焊試驗）試驗中的焊點有更強的剪切強度與正拉強度，從圖2 與圖3 中可以清楚看出：第一組焊板熔核比第二組焊板熔核對于接觸面更對稱，這是因為 6061 鋁合金的導(dǎo)熱率為 201W/m·k，AZ31B 鎂合金的導(dǎo)熱率為54W/m·k，不同導(dǎo)熱率的材料對熱量保持的時間不同，從而導(dǎo)致鋁、鎂異種合金點焊熔核分布不對稱（靠近鋁合金側(cè)熔核有效厚度明顯小于靠近鎂合金側(cè)熔核有效厚度）。這就是引起剪切強度與正拉強度不同的根本原因。

1.4 改進措施

（1）在鋁合金一側(cè)采用較小直徑或較小球面半徑的電極，以增加這一側(cè)的電流密度，并減小電極散熱影響；

（2）在鋁合金一側(cè)采用導(dǎo)熱性較差的銅電極，以減小這一側(cè)的熱損失；

（3）在鋁合金一側(cè)墊一塊由導(dǎo)熱性較差的金屬墊片，以減小這一側(cè)的熱損失；

（4）采用強條件（大的焊接電流，短的焊接時間）。

2 結(jié) 語

通過兩組試驗（一組采用兩塊等厚的6061 鋁合金、一組采用等厚的6061 鋁合金和AZ31B 鎂合金）數(shù)據(jù)及熔核宏觀形貌對比可知：采用一般條件對鋁、鎂異種合金進行點焊雖然能得到相當?shù)娜酆酥睆剑捎谌酆颂幱诜菍ΨQ狀態(tài)，導(dǎo)致剪切強度和抗拉強度均小于同等焊接條件下同種合金的熔核力學(xué)性能，為了減輕非對稱熔核對力學(xué)性能的影響，采取相應(yīng)措施減小熔核非對稱程度（主要是在導(dǎo)熱率較大的材料一側(cè)采取減少散熱措施），從而保證鋁、鎂異種合金點焊接頭的力學(xué)性能。