【摘 要】
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当前环境问题日益严峻,在汽车制造业面临着巨大的挑战。汽车轻量化能够通过降低车身重量达到节能减排的目的。采用轻量化材料是实现汽车轻量化目标的主要手段,镁合金和铝合金作为轻质合金,能够在保证性能的前提下达到减重的目的,在汽车制造业有着重要且广泛的应用。镁合金与铝合金由于物理化学性质差异较大,在焊接过程中会产生许多问题,因此如何实现镁铝异种金属高质量连接也成为科研人员关注的重点。镁/铝焊接过程中产生的金
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当前环境问题日益严峻,在汽车制造业面临着巨大的挑战。汽车轻量化能够通过降低车身重量达到节能减排的目的。采用轻量化材料是实现汽车轻量化目标的主要手段,镁合金和铝合金作为轻质合金,能够在保证性能的前提下达到减重的目的,在汽车制造业有着重要且广泛的应用。镁合金与铝合金由于物理化学性质差异较大,在焊接过程中会产生许多问题,因此如何实现镁铝异种金属高质量连接也成为科研人员关注的重点。镁/铝焊接过程中产生的金属间化合物是制约镁/铝获得高质量焊接接头的核心问题,针对降低金属间化合物对焊接接头影响这一问题,提出焊-铆复合连接技术,将铆接与焊接相结合实现AZ31B镁合金/6061铝合金连接,发挥铆接与焊接的优势,在提升结构性能的同时降低金属间化合物的不利影响。试验采用AZ31B镁合金铆钉,以“镁上铝下”的搭接方式,通过低功率脉冲激光诱导电弧复合热源实现焊接过程。本文分别采用直径为4mm和6mm的铆钉,研究了激光功率对焊接成形和力学性能的影响。在最佳参数的基础上对接头微观组织进行分析,阐述了焊-铆复合连接机理。在直径6mm铆钉的基础上在搭接区域涂敷胶粘剂,研究了胶粘剂对复合连接结构力学性能及微观组织的影响,综合得出焊-铆-胶复合连接机理。研究结果表明,采用激光-电弧复合热源实现了AZ31B镁合金/6061铝合金焊-铆复合连接。随着激光功率的增加,焊接接头的力学性能呈现先升高后下降的趋势。当激光功率为640W时,4mm铆钉的峰值载荷为2.18k N,峰值强度为173MPa,断裂模式为铆钉剪切断裂;6mm铆钉的峰值载荷为3.59k N相比于前者提升了64.68%,峰值强度为190MPa相比于前者提升了9.83%,断裂模式为纽扣式断裂。焊接接头由Mg-Mg熔合区和Mg-Al反应区组成,Mg-Mg熔合区的组织为α-Mg基固溶体,Mg-Al反应区组织以α-Mg基固溶体和α-Mg+Mg17Al12共晶组织为主。金属间化合物集中分布的区域位于Mg-Al反应区下部,其主要组织为Mg17Al12。在Mg-Al反应区与Al板交界处存在由Mg17Al12、Mg2Al3和α-Al+Mg2Al3共晶组织组成的反应层。引入胶粘剂后,在去焊缝涂胶模式下能够获得良好的焊缝成形。焊-铆-胶复合连接结构的峰值载荷达到7.78k N,相比于焊-铆复合连接结构提升了116.71%。焊-铆-胶复合连接接头中的Mg17Al12金属间化合物集中分布于Mg-Al反应区下部。胶粘剂受热气化产生的气体推动熔池,增强了液态金属的流动性,使Mg-Al反应区与Al板界面处的Mg17Al12和Mg2Al3金属间化合物由层状分布变为弥散分布,进一步降低了金属间化合物对复合连接结构的影响。
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