基于攪拌摩擦點焊的異種金屬連接

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基于攪拌摩擦點焊的異種金屬連接

汽車行業(yè)為滿足節(jié)能環(huán)保的要求，各種輕質(zhì)材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在汽車上，其中具有較高強度和較好抗腐蝕性的鋁合金最為突出。但要實現(xiàn)鋁合金在汽車上的應(yīng)用，首先需要解決鋁合金和汽車鋼結(jié)構(gòu)的連接，而傳統(tǒng)的連接方式主要包括電阻點焊和鉚接。但電阻點焊存在能耗大、熱變形嚴重、電極損耗快等缺點；現(xiàn)代車身約有2000～5000個焊點，采用鉚接無疑增加了整車質(zhì)量。因此，開始采用攪拌摩擦點焊，其是在攪拌摩擦焊基礎(chǔ)上提出的一種固態(tài)點連接技術(shù)。本文則以6061-T6鋁合金板和低碳鋼板為例，研究使用攪拌摩擦點焊進行異種金屬連接的焊點剪切強度，同時分析各焊接工藝參數(shù)對剪切強度的影響，并利用田口優(yōu)化方法對工藝參數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，以確定最佳的工藝參數(shù)組合。

采用攪拌摩擦點焊焊接時包含壓入、旋轉(zhuǎn)和回撤3個主要階段，在主軸帶動下將攪拌頭旋轉(zhuǎn)壓入被焊工件中，摩擦產(chǎn)生的熱使工件焊接處軟化并被攪拌針剪切擠出，攪拌針帶動工件材料流動實現(xiàn)連接。攪拌摩擦點焊的焊接強度主要取決于攪拌頭和工件之間的摩擦以及工件材料的流動。攪拌頭的轉(zhuǎn)速、伸入深度和停留時間也對焊接強度產(chǎn)生影響。試驗選擇尺寸均為100mm× 30mm×1.5mm的Al6061-T6鋁合金板和低碳鋼板。焊接前，采用丙酮對表面進行清洗。采用日本法蘭克PVM40焊接控制系統(tǒng)進行焊接，采用TUE-CN-600萬能試驗機確定剪切強度。分別改變攪拌頭的轉(zhuǎn)速、切入深度和停留時間進行不同參數(shù)組合下的點焊連接。其中，轉(zhuǎn)速分別為2400、2600、2800、3000r/min，切入深度分別為0.8、0.9、1.0、1.1mm，停留時間分別為4、8、12、16s。之后采用田口優(yōu)化方法，利用MINITAB軟件進行統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)速對剪切強度的影響最大，其次是切入深度，最后為停留時間；當設(shè)定轉(zhuǎn)速為2800r/min、切入深度為0.9mm、停留時間為8s時，可得到的最大剪切力為2250N，且焊接連接處非常干凈，沒有兩種材料相互反應(yīng)產(chǎn)生的化合物殘留。

R.L.Rithe et al.SAE 2014-28-0020.

編譯：王祥