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鋁、鎂異種合金點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能分析

2020-08-18 10:43婁振洋
時代農(nóng)機(jī) 2020年6期
關(guān)鍵詞:異種點(diǎn)焊鎂合金

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(shí)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。對鋁、鎂異種合金進(jìn)行電阻點(diǎn)焊,分析其點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能是非常必要的。

1 試驗(yàn)材料、設(shè)備及過程

1.1 試驗(yàn)材料

一組采用2mm 厚的6061 鋁合金和2mm 厚的AZ31B 鎂合金進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn),另一組采用(2+2)mm厚的6061 鋁合金進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn),兩組點(diǎn)焊接頭進(jìn)行試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備

該試驗(yàn)采用SMD—60 型點(diǎn)焊機(jī)。該點(diǎn)焊機(jī)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(diǎn)焊機(jī)

1.3 試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果分析

兩組試驗(yàn)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(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn))得到4 組點(diǎn)焊工藝參數(shù)(試驗(yàn)結(jié)果)如表3 所示,點(diǎn)焊熔核如圖2 所示。

表3 4 組點(diǎn)焊工藝參數(shù)表及試驗(yàn)結(jié)果

圖2 (2+2)mm6061 鋁合金點(diǎn)焊熔核

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

表4 4 組點(diǎn)焊工藝參數(shù)表及試驗(yàn)結(jié)果

圖3 2mm 厚的6061 鋁合金和2mm 厚的AZ31B鎂合金點(diǎn)焊熔核

從該試驗(yàn)的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們可以看出,當(dāng)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(qiáng)度與正拉強(qiáng)度都會隨著焊接電流的增大而增大。這是因?yàn)楹附俞尫诺臒崃颗c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(qiáng)度與正拉強(qiáng)度同比增大。但第一組((2+2)mm 厚的6061 鋁合金進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn))試驗(yàn)中的焊點(diǎn)相比第二組(2mm 厚的 6061 鋁合金和 2mm 厚的 AZ31B 鎂合金進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn))試驗(yàn)中的焊點(diǎn)有更強(qiáng)的剪切強(qiáng)度與正拉強(qiáng)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?yàn)?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(diǎn)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(qiáng)度與正拉強(qiáng)度不同的根本原因。

1.4 改進(jìn)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(qiáng)條件(大的焊接電流,短的焊接時間)。

2 結(jié) 語

通過兩組試驗(yàn)(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(jìn)行點(diǎn)焊雖然能得到相當(dāng)?shù)娜酆酥睆?,但由于熔核處于非對稱狀態(tài),導(dǎo)致剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)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(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能。

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