汽車(chē)用電阻點(diǎn)焊技術(shù)及復(fù)合電阻點(diǎn)焊技術(shù)研究現(xiàn)狀

摘要： 電阻點(diǎn)焊在汽車(chē)車(chē)身制造中應(yīng)用廣泛，具有效率高、焊接質(zhì)量高、自動(dòng)化程度高、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)外關(guān)于電阻點(diǎn)焊的研究出發(fā)，包括參數(shù)優(yōu)化、電極優(yōu)化和新材料應(yīng)用等，總結(jié)電阻點(diǎn)焊的研究現(xiàn)狀；進(jìn)一步探討近年的新型復(fù)合電阻點(diǎn)焊技術(shù)，如超聲波復(fù)合電阻焊接、激光復(fù)合電阻焊接等；基于當(dāng)前研究現(xiàn)狀提出存在的問(wèn)題并展望未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電阻點(diǎn)焊 力學(xué)性能 鋁/鋁焊接 鋁/鋼焊接

中圖分類(lèi)號(hào)：U466" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" "DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240267

Research Status of Resistance Spot Welding Technology and Hybrid Resistance Spot Welding Technology in the Automotive Industry

Chen Zhiping， Lin Sen

（Jiangxi Boxing Project Consulting Co.， Ltd.， Nanchang 330038）

Abstract： Resistance Spot Welding （RSW） is widely applied in automotive body manufacturing for its advantages such as high efficiency， high-quality， high automation and good flexibility. This paper commences by reviewing domestic and foreign research on RSW， including parameter optimization， electrode optimization， and new materials application， summarizes the current research status of RSW， it then delves into recent advancements in novel hybrid RSW technologies， such as ultrasonic hybrid resistance welding and laser hybrid resistance welding. Lastly， based on the current research status， the paper identifies existing issues and proposes future directions for development.

Key words： Resistance spot welding， Mechanical properties， Aluminum/aluminum welding， Aluminum/steel welding

1 前言

近年來(lái)，為有效應(yīng)對(duì)人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境和氣候的負(fù)面影響，降低汽車(chē)污染物排放量，汽車(chē)行業(yè)正全力推動(dòng)車(chē)輛性能與燃油效率的提升[1-2]。汽車(chē)輕量化是節(jié)能減排的有效路徑，通過(guò)減輕車(chē)身質(zhì)量，不僅能顯著降低油耗和運(yùn)營(yíng)成本，還能有效減少污染物排放[3-4]。在汽車(chē)輕量化的實(shí)施過(guò)程中，電阻焊技術(shù)作為車(chē)身焊接領(lǐng)域的核心技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)。通常，一輛轎車(chē)包含4 000～6 000個(gè)電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)，這些焊點(diǎn)將車(chē)身各個(gè)部件緊密相連，構(gòu)建出堅(jiān)固且輕盈的車(chē)身結(jié)構(gòu)[5]。焊點(diǎn)的質(zhì)量至關(guān)重要，不僅關(guān)乎汽車(chē)的結(jié)構(gòu)完整性和安全性，更是影響轎車(chē)整體品質(zhì)的關(guān)鍵因素。因此，需要確保電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求。

2 電阻點(diǎn)焊技術(shù)

2.1 焊接參數(shù)優(yōu)化

焊接參數(shù)優(yōu)化是提高電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的第1步，影響電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的主要焊接參數(shù)有焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力、電極端面直徑和材料的厚度[6-8]。焊接電流是焊接過(guò)程中經(jīng)過(guò)焊接回路的電流，根據(jù)不同的材料種類(lèi)和厚度，焊接電流通常在數(shù)千安培到數(shù)萬(wàn)安培之間，電流對(duì)電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的影響最大，因?yàn)槠渲苯記Q定電阻熱的大小。焊接時(shí)間是從焊接電流連通焊接回路到停止的持續(xù)時(shí)間。在保證熔核尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度的前提下，焊接時(shí)間和焊接電流可互相補(bǔ)充。鋼類(lèi)焊接材料電阻率高、導(dǎo)電性差，所需電流較小，焊接時(shí)間較長(zhǎng)；鋁合金類(lèi)焊接材料電阻率低、導(dǎo)電性好，所需電流較大，焊接時(shí)間較短。焊接電極壓力過(guò)大可能導(dǎo)致工件變形或壓潰，而電極壓力過(guò)小可能導(dǎo)致熔核形成不良或未熔合。電極端面尺寸過(guò)大可能導(dǎo)致電流分布不均和熔核形狀不規(guī)則，而電極端面尺寸過(guò)小可能導(dǎo)致電流密度過(guò)高和過(guò)熱。材料尺寸和厚度的變化需同步調(diào)整焊接參數(shù)，以確保焊接質(zhì)量。

在生產(chǎn)制造中，工藝參數(shù)的確定傳統(tǒng)上依賴(lài)于工程師的經(jīng)驗(yàn)，隨著智能化技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析的日益成熟，試驗(yàn)設(shè)計(jì)策略得到了豐富與優(yōu)化。對(duì)影響因素較少的情形，采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，高效獲取單一參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響；面對(duì)多因素的復(fù)雜情況，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以最小的試驗(yàn)成本有效評(píng)估各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響，進(jìn)而確定最優(yōu)參數(shù)[9]。田口方法是對(duì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的一種引伸和應(yīng)用，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中融入了穩(wěn)健性思想，通過(guò)優(yōu)化參數(shù)組合降低產(chǎn)品或過(guò)程對(duì)環(huán)境變量和噪聲因子的敏感性，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，減少了試驗(yàn)量，提高了設(shè)計(jì)結(jié)果的穩(wěn)健性和適用性[10]。

李濤[11]采用MIG焊方法及ER5554焊絲對(duì)鑄造鋁合金A356進(jìn)行焊接試驗(yàn)。為確定合理的焊接參數(shù)，采用田口正交試驗(yàn)法，針對(duì)焊接電流、焊接速度、間隙、焊槍傾角及干伸長(zhǎng)5個(gè)焊接參數(shù)，設(shè)計(jì)了五因素三水平的正交試驗(yàn)方案。利用光學(xué)顯微鏡與拉伸試驗(yàn)機(jī)綜合評(píng)估，發(fā)現(xiàn)焊接電流、焊接速度及間隙對(duì)焊縫的熔寬、余高及根部側(cè)壁熔合具有顯著影響，間隙對(duì)焊縫根部側(cè)壁熔合的影響最為關(guān)鍵，過(guò)小的間隙易導(dǎo)致焊縫根部未熔合，大幅降低接頭的抗拉強(qiáng)度，該研究結(jié)果展示了田口正交試驗(yàn)方案在優(yōu)化復(fù)雜工藝參數(shù)方面的有效性和實(shí)用性。

Bhuyan[12]采用田口正交陣算法（Taguchi’s Orthogonal Array Method）對(duì)AISI 4041不銹鋼與AISI 304L不銹鋼的電阻點(diǎn)焊過(guò)程進(jìn)行研究，優(yōu)化了焊接電流、焊接時(shí)間以及加壓時(shí)間等。如圖1所示，該研究還將此優(yōu)化結(jié)果與人工兔優(yōu)化（Artificial Rabbits Optimization，ARO）算法、動(dòng)態(tài)算術(shù)優(yōu)化算法（Dynamic Arithmetic Optimization Algorithm，DAOA）、鯨鯊優(yōu)化（Whale Shark Optimization，WSO）算法以及技能優(yōu)化算法（Skill Optimization Algorithm，SOA）進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果顯示，相較于A(yíng)RO、WSO和SOA算法，DAOA算法在錯(cuò)誤率方面表現(xiàn)出色，僅為0.62%，且其最優(yōu)適應(yīng)度與試驗(yàn)所得的最高拉伸剪切應(yīng)力高度吻合，驗(yàn)證了DAOA算法在電阻點(diǎn)焊參數(shù)優(yōu)化中的有效性和優(yōu)越性。

汽車(chē)車(chē)身電阻點(diǎn)焊焊接參數(shù)的選擇需要全面考量材料的成分、組織與力學(xué)性能以及焊接設(shè)備的適配性與效能。準(zhǔn)確選擇并適時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)是確保焊接接頭質(zhì)量、提升汽車(chē)車(chē)身整體強(qiáng)度與耐久性的關(guān)鍵。在實(shí)際操作中，針對(duì)特定工況與材料特性，實(shí)施系統(tǒng)性的試驗(yàn)與優(yōu)化是達(dá)到最佳焊接效果不可或缺的步驟。

2.2 焊接電極帽優(yōu)化

電阻點(diǎn)焊電極帽的優(yōu)化是提高電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。電極的散熱性對(duì)焊接質(zhì)量有重要影響，在電阻點(diǎn)焊過(guò)程中，產(chǎn)生的熱量一部分用于形成熔核，大部分則通過(guò)電極和其他途徑散失，電極的散熱性能不佳可能導(dǎo)致焊接區(qū)域溫度過(guò)高，影響熔核的形成和焊接質(zhì)量[13-14]。電極材料的電阻率和導(dǎo)熱性對(duì)焊接質(zhì)量也有顯著影響，電阻率高的材料可能會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，導(dǎo)熱性好的材料能更快地散失熱量。電極的接觸面積直接決定了焊接時(shí)的電流密度。電極形狀的設(shè)計(jì)應(yīng)確保電流分布均勻，避免局部過(guò)熱或電流密度過(guò)大導(dǎo)致焊接缺陷，過(guò)小的接觸面積可能導(dǎo)致電流密度過(guò)大，產(chǎn)生飛濺和表面燒損，而過(guò)大的接觸面積則可能降低電流密度，影響熔核的形成[15]。

Jo等[16]研究了電極表面粗糙度和力對(duì)鋁6061-T6合金在電阻點(diǎn)焊過(guò)程中焊接效果及電極粘連的影響。試驗(yàn)選用未經(jīng)處理的新電極和經(jīng)過(guò)砂紙拋光的磨損電極進(jìn)行焊接，并在不同電極下，分析了焊縫的熔核大小及物理性能，包括拉伸剪切強(qiáng)度和硬度。此外，通過(guò)連續(xù)焊接，觀(guān)察了電極表面粗糙度對(duì)電極粘連的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用粗糙表面的磨損電極進(jìn)行焊接時(shí)，鋁合金表面的氧化膜被有效清除，導(dǎo)致接觸電阻降低，進(jìn)而減少了由電阻產(chǎn)生的熱量。與新電極相比，磨損電極形成的熔核在厚度方向上的生長(zhǎng)速度較慢，且電極粘連現(xiàn)象相對(duì)較輕。

鐘麗慧等[17]采用壓緊蜂窩模具來(lái)塑造電極表面的特定形狀，顯著改善了焊接效果，尤其是在每次電極修磨后，焊接點(diǎn)數(shù)大幅提升。對(duì)于2 mm+2 mm的6系鋁合金板材，采用前端圓?。≧100 mm）設(shè)計(jì)的電極帽并結(jié)合優(yōu)化后的工藝參數(shù)（焊接電流42.5 kA、焊接壓力6.8 kN），在壓緊模具的精細(xì)調(diào)控下（凹坑深度0.5 mm、模具間寬度0.4 mm、凸起處寬度0.2 mm）成功實(shí)現(xiàn)不少于128個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)焊焊接能力。

中國(guó)科學(xué)院上海光機(jī)所研發(fā)的牛頓環(huán)（New Ton Ring，NTR）電阻點(diǎn)焊技術(shù)是國(guó)內(nèi)優(yōu)化電極形貌效果較好的方法之一。Wang[18]應(yīng)用該技術(shù)中的特殊電極帽對(duì)AA 5182-O鋁合金進(jìn)行焊接試驗(yàn)，并與傳統(tǒng)平電極的焊接效果進(jìn)行了詳盡對(duì)比。研究結(jié)果顯示，采用牛頓環(huán)技術(shù)的電極帽顯著改變了焊接過(guò)程中熔核的形成機(jī)制（圖2、圖3）。牛頓環(huán)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有效刺破了鋁合金接觸表面的氧化膜，從而促進(jìn)熔核的順利形成。這一改進(jìn)提升了焊接質(zhì)量，增強(qiáng)了焊接接頭的力學(xué)性能。

Li[19]針對(duì)AA6016-T4鋁合金的焊接，對(duì)比了NTR與傳統(tǒng)R100電極帽的焊接效果及電極使用壽命。試驗(yàn)結(jié)果表明，相較于R100電極，NTR電極具有更高的拉伸剪切承載能力，且使用壽命更長(zhǎng)。產(chǎn)生這一優(yōu)勢(shì)的原因?yàn)镹TR電極獨(dú)特的環(huán)狀成核機(jī)制，其中，R1環(huán)和R2環(huán)能夠有效穿透鋁合金表面的氧化膜，降低接觸電阻，顯著延緩電極的磨損過(guò)程。此外，R1環(huán)和R2環(huán)還可促使點(diǎn)蝕在基環(huán)（R0環(huán)）上形成規(guī)則的圓形，并可利用R0環(huán)結(jié)構(gòu)的限制作用遏制點(diǎn)蝕的隨機(jī)擴(kuò)展，進(jìn)而保證了NTR電極表面的完整性。因此，在連續(xù)焊接作業(yè)中，NTR電極能夠持續(xù)產(chǎn)出高質(zhì)量的焊縫表面，如圖4、圖5所示。

優(yōu)化電阻點(diǎn)焊電極形貌有助于提高焊接質(zhì)量、效率、穩(wěn)定性以及延長(zhǎng)電極壽命，還可以提升焊接接頭性能、減少焊接飛濺和煙塵、提高自動(dòng)化水平、降低能源消耗和成本，以及適應(yīng)新材料和新工藝的發(fā)展。

2.3 使用墊片或中間層

由于鋁與鋼等異種金屬之間存在顯著的冶金不相容性，直接進(jìn)行電阻點(diǎn)焊時(shí)存在工藝窗口狹窄、焊接質(zhì)量難以精確控制以及接頭脆性顯著增大的問(wèn)題[20]。為此，研究者提出了在電極與焊接工件之間引入墊片以?xún)?yōu)化接頭中的熱量生成與分布模式，進(jìn)而提升焊接質(zhì)量等方案[21-22]。此外，采用中間夾層材料也是改善異種金屬接頭性能的有效途徑之一，但中間層的化學(xué)成分需精心選擇，以確保其與被焊接金屬之間具有良好的化學(xué)兼容性，從而避免焊接過(guò)程中生成過(guò)多的脆性金屬間化合物或引發(fā)其他不利反應(yīng)，確保焊接接頭的綜合性能[23]。

Qiu等[24]提出了一種改良的點(diǎn)焊技術(shù)，該技術(shù)巧妙地將導(dǎo)電性低于鋁合金的金屬墊片置于鋁合金板材上，在較低的焊接電流（12 kA）條件下使A5052與SUS304、A5052與SPCC接合部位的熔核直徑顯著增大，分別達(dá)到10 mm和8.9 mm。同時(shí)，接頭的拉伸剪切強(qiáng)度分別提升至6.5 kN和4.7 kN。在界面分析方面，A5052/SPCC界面呈現(xiàn)包含F(xiàn)e2Al5和FeAl3的雙層反應(yīng)層結(jié)構(gòu)，而A5052/SUS304界面則展現(xiàn)出相同成分構(gòu)成的薄鋸齒狀反應(yīng)層，顯示出不同的界面反應(yīng)特性。

Ibrahim等[25]選擇了Al-Mg合金作為中間層，探討了其對(duì)A6061鋁合金與奧氏體不銹鋼電阻點(diǎn)焊性能的增強(qiáng)效果。研究結(jié)果表明，相比無(wú)中間層的接頭，采用Al-Mg合金中間層的接頭的拉剪強(qiáng)度顯著提升。在焊接過(guò)程中，鋁與鋼界面間形成了一層厚度約為2 μm的均勻金屬間化合物（ Intermetallic Compound，IMC）薄層，同時(shí)觀(guān)察到中間層材料在高溫下發(fā)生了熔化，進(jìn)一步提升了焊接質(zhì)量。

Zhang等[26]研究了4047AlSi12中間層對(duì)點(diǎn)焊接頭性能的影響，其采用了獨(dú)特的電極配置——鋼側(cè)采用10 mm平面電極，鋁側(cè)則選用70 mm球面電極，以探究中間層厚度對(duì)焊接特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著4047AlSi12中間層厚度的增加，焊點(diǎn)區(qū)域的散熱效率提升，有效減少了鋁合金的熔化量，進(jìn)而使鋁熔核直徑減小。同時(shí)，IMC層的厚度與結(jié)構(gòu)也隨中間層厚度的變化而變化，具體表現(xiàn)為近鋼側(cè)出現(xiàn)舌狀Fe2（Al，Si）5結(jié)構(gòu)，近鋁側(cè)則呈現(xiàn)針狀Fe4（Al，Si）13結(jié)構(gòu)。然而，隨著中間層厚度的進(jìn)一步增加，IMC反應(yīng)層厚度出現(xiàn)減小趨勢(shì)，主要是由于Si原子占據(jù)了Fe2Al5中的c軸空位，抑制了鋼鋁界面間的元素?cái)U(kuò)散作用。在力學(xué)性能方面，拉剪強(qiáng)度隨中間層厚度的增加先增強(qiáng)后減弱，當(dāng)中間層厚度達(dá)到400 μm時(shí)，熔核內(nèi)部出現(xiàn)的縮孔成為應(yīng)力集中點(diǎn)，誘發(fā)了裂紋的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致接頭力學(xué)性能下降。

在選擇異種金屬電阻點(diǎn)焊的墊片和中間層材料時(shí)，需全面考慮其化學(xué)成分兼容性、適用的厚度范圍、塑性與韌性、熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性、加工制備的難易程度以及成本效益等。通過(guò)選用合適的中間層材料并結(jié)合優(yōu)化后的焊接工藝，能夠有效實(shí)現(xiàn)異種金屬的可靠連接，從而提升焊接接頭的整體性能和應(yīng)用價(jià)值。

3 復(fù)合電阻點(diǎn)焊技術(shù)

3.1 凸點(diǎn)輔助電阻點(diǎn)焊技術(shù)

凸焊技術(shù)具有卓越的焊接效率、出色的焊接質(zhì)量、高度的工藝靈活性及顯著的電極磨損降低特性，在汽車(chē)制造、航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力[27]。該技術(shù)通過(guò)在一個(gè)工件的貼合面上預(yù)先設(shè)計(jì)并加工出一個(gè)或多個(gè)凸點(diǎn)，這些凸點(diǎn)在焊接過(guò)程中與另一工件表面緊密接觸并通電加熱，在壓力作用下發(fā)生塌陷，形成牢固的焊點(diǎn)。其凸點(diǎn)設(shè)計(jì)不僅提升了焊接過(guò)程中單位面積上的壓力與電流密度，有效穿透并壓碎板件表面的氧化膜，還促使焊接熱量高度集中，減少了能量的分散，從而提升了焊接效率和焊接質(zhì)量[28]。

Zhang等[29-30]提出了金屬凸點(diǎn)輔助電阻點(diǎn)焊（Metallic Bump assisted Resistance Spot Welding，MBaRSW），如圖6所示，該技術(shù)結(jié)合了低能量冷金屬過(guò)渡（Cold Metal Transfer，CMT）堆焊與電阻點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)。由于MBaRSW接頭受限的散熱路徑，相比傳統(tǒng)RSW接頭具有更大的熔核尺寸，同時(shí)減少了接頭內(nèi)部的氣孔，有效抑制了鋁側(cè)材料的減薄。此外，MBaRSW工藝中的凸點(diǎn)設(shè)計(jì)能夠壓碎并擠出鋁表面的氧化膜，使熔核中幾乎不含有氧化膜。MBaRSW接頭中較高的Si含量抑制了IMC的生長(zhǎng)，在特定工藝條件下（如焊接電流8 kA、焊接時(shí)間300 ms），MBaRSW接頭的IMC厚度明顯低于傳統(tǒng)RSW接頭。在力學(xué)性能方面，MBaRSW接頭的拉剪強(qiáng)度達(dá)到了2.8 kN，不僅比傳統(tǒng)RSW接頭高出33%，還超過(guò)了Al-Al同材質(zhì)接頭的最大拉剪強(qiáng)度，展現(xiàn)出卓越的性能優(yōu)勢(shì)。

Zhang等[31]通過(guò)模擬手段，分析了MBaRSW過(guò)程中的熔核形成機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，MBaRSW工藝中熱傳導(dǎo)路徑的受限性使該技術(shù)的電阻相較于RSW更大。在焊接初期，增加的熱輸入主要用于軟化凸點(diǎn)，延緩了熔核的初始形成。到焊接后期時(shí)，凸點(diǎn)周?chē)^小的熱傳導(dǎo)路徑導(dǎo)致電流密度急劇增加，促使熔核快速生長(zhǎng)。因此，MBaRSW的熔核尺寸比RSW更大。接著，Zhang等[32]對(duì)鋁/鋼MBaRSW接頭的失效機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，熔核尺寸和IMC層的厚度是決定MBaRSW接頭性能和失效模式的關(guān)鍵因素。與RSW接頭相比，MBaRSW接頭熔核尺寸更大、IMC層更薄、母材的變形量更小，導(dǎo)致MBaRSW接頭的失效模式更加多樣，可能包括界面失效、混合模式失效和部分按鈕模式失效，而RSW接頭主要為界面失效。

3.2 超聲波輔助電阻點(diǎn)焊技術(shù)

超聲波輔助電阻點(diǎn)焊工藝巧妙融合了電阻點(diǎn)焊的穩(wěn)固連接特性與超聲波振動(dòng)的獨(dú)特作用機(jī)制，成功解決了異種材料間因物理性質(zhì)迥異、化學(xué)兼容性不足帶來(lái)的焊接問(wèn)題。超聲波不僅激發(fā)了材料表面微觀(guān)層面的劇烈摩擦與塑性變形，加速了熱量傳遞與熔化效率，還顯著細(xì)化了焊接接頭的晶粒組織，有效減少了焊接過(guò)程中可能產(chǎn)生的各類(lèi)缺陷[33]。因此，超聲波輔助電阻點(diǎn)焊工藝為異種材料的高效、高質(zhì)量連接開(kāi)辟了一條新路徑，潛在的應(yīng)用價(jià)值不容忽視。

Lu等[34]采用超聲波輔助電阻點(diǎn)焊（Ultrasound - assisted Resistance Spot Welding，U+RSW）技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了厚度為1 mm的AA6061鋁合金與厚度為0.9 mm的AISI1008鋼的焊接。其首先利用超聲波點(diǎn)焊將一層厚度為0.4 mm的AA6061鋁合金作為嵌件與鋼進(jìn)行初步連接，再通過(guò)電阻點(diǎn)焊將剩余的鋁合金焊接到鋼板的嵌件側(cè)，該策略旨在獲得更薄的IMC層。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)超聲波能量設(shè)定為255 J時(shí)，超聲波中間接頭的失效模式為熔核拔出，其峰值載荷與純鋁（厚度為0.4 mm）超聲波接頭的相當(dāng)，且由于IMC層過(guò)薄，在界面處幾乎無(wú)法被觀(guān)測(cè)到。在此超聲波參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，溫度分析發(fā)現(xiàn)，U+RSW接頭的鋼鋁界面溫度相對(duì)較低，從而實(shí)現(xiàn)了IMC層的減薄并有效避免了飛濺。在焊接電流為16.5 kA、焊接時(shí)間為83 ms的焊接條件下，U+RSW接頭的峰值載荷為3.2 kN，且中心處IMC層的最大厚度僅為1.25 μm，失效模式同樣為熔核拔出。

Lu等[35]將U+RSW技術(shù)應(yīng)用于厚度為1 mm的鍍鋅雙相鋼DP980與厚度為1.2 mm的AA6022鋁合金的焊接中，嵌件選用厚度為0.3 mm的AA3003鋁合金。研究發(fā)現(xiàn)，超聲波中間接頭中盡管存在多層IMC且鍍鋅鋼中的Fe-Zn金屬間化合物未發(fā)生熔化，但由于嵌件的引入，該區(qū)域富含鋁元素。而在U+RSW總接頭中觀(guān)察到了鋼側(cè)向界面的凸起現(xiàn)象，中間接頭中的多層IMC消失，取而代之的是新形成的連續(xù)Fe-Al金屬間化合物層，該層由近鋼側(cè)的扁平狀Fe2Al5和近鋁側(cè)的針狀FeAl3組成。值得注意的是，Al-Zn中間層在電極壓力的作用下被排除在熔核區(qū)之外，使中心區(qū)域的IMC平均厚度降低至1.15 μm，明顯低于RSW接頭的IMC厚度。與有無(wú)嵌件的直接RSW相比，U+RSW接頭展現(xiàn)出了更高的力學(xué)性能。

Ren等[36]通過(guò)綜合應(yīng)用微觀(guān)組織表征、焊接過(guò)程信號(hào)解析以及獨(dú)立的有限元數(shù)值模擬技術(shù)，探討了超聲縱向振動(dòng)在焊接成形過(guò)程中的具體作用及影響機(jī)制，焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)控制流程如圖7所示。同時(shí)，全面分析了超聲波輔助鋁/鋼電阻點(diǎn)焊接頭的界面冶金反應(yīng)動(dòng)態(tài)、焊接缺陷類(lèi)型、斷裂行為特征以及接頭的強(qiáng)度表現(xiàn)，揭示了超聲波振動(dòng)導(dǎo)致鋁/鋼熔核尺寸縮減的復(fù)雜原因，主要原因?yàn)槌暡ㄐ?yīng)間的微妙平衡與競(jìng)爭(zhēng)：一方面，超聲波振動(dòng)減小了鋁與鋼板之間的接觸電阻；另一方面，聲空化和聲流效應(yīng)分別增強(qiáng)了熔鋼的導(dǎo)電性能和熔鋁的散熱效率。同時(shí)，超聲波的激勵(lì)還促進(jìn)了熔化和近熔化狀態(tài)下鋁的徑向蠕變擴(kuò)展，有效拓寬了工件間的結(jié)合區(qū)域。尤為重要的是，超聲波振動(dòng)顯著降低了金屬間化合物層的厚度（小于3.0 μm），有效遏制了界面焊接缺陷的形成。在多種超聲波優(yōu)化機(jī)制的協(xié)同作用下，鋁/鋼接頭的峰值拉伸剪切承載能力得到了顯著提升。

3.3 激光電阻點(diǎn)焊技術(shù)

激光輔助電阻點(diǎn)焊技術(shù)巧妙地將激光焊接的精準(zhǔn)高能量密度加熱特性與電阻點(diǎn)焊的直接接觸式電流加熱優(yōu)勢(shì)相結(jié)合[37]，技術(shù)核心在于激光的精確操控與快速加熱能力，不僅大幅提升了焊接效率與靈活性，還大幅減小了焊接過(guò)程中的熱影響區(qū)域，從而優(yōu)化了焊接接頭的質(zhì)量一致性[38]。激光輔助電阻點(diǎn)焊技術(shù)在處理焊接質(zhì)量要求高、材料組合復(fù)雜或熱敏感材料的焊接任務(wù)時(shí)展現(xiàn)出非凡的適應(yīng)性。

Li等[39]提出了一種復(fù)合激光電阻點(diǎn)焊工藝，如圖8所示，首先對(duì)鋁和鋼異種材料進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，然后進(jìn)行激光點(diǎn)焊，將鋁和鋼連接起來(lái)。通過(guò)改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了焊接電流分布和焊縫結(jié)構(gòu)，形成了厚度小于1.2 μm的均勻金屬間層。此外，鋁與鋼異種材料的界面形貌由平面轉(zhuǎn)變?yōu)樯钔蛊鸬慕缑?。結(jié)果表明，由于接頭周邊存在較弱的結(jié)合區(qū)，易導(dǎo)致裂紋萌生和快速擴(kuò)展，電阻點(diǎn)焊具有較大的拉剪載荷，但延性和能量吸收效果較差。在電阻點(diǎn)焊接頭的弱結(jié)合區(qū)進(jìn)行激光點(diǎn)焊工藝，抑制了裂紋沿熔接界面的快速擴(kuò)展，避免了界面斷裂。與電阻點(diǎn)焊接頭相比，混合焊接接頭的拉剪峰值載荷提高了18.2%。

3.4 磁場(chǎng)輔助電阻點(diǎn)焊技術(shù)

磁場(chǎng)輔助電阻點(diǎn)焊技術(shù)巧妙地將磁場(chǎng)調(diào)控融入傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊工藝中，通過(guò)外加磁場(chǎng)對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。該技術(shù)不僅能優(yōu)化電流分布、促進(jìn)熔池流動(dòng)與細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)，顯著提升焊接接頭的力學(xué)性能和微觀(guān)組織質(zhì)量，還能有效減少焊接缺陷，如裂紋、氣孔等，從而提高整體焊接質(zhì)量[40]。

Hu等[41]在鋁與鋼的電阻點(diǎn)焊工藝中首次引入磁輔助裝置，揭示了磁場(chǎng)在焊接過(guò)程中的積極作用。研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)的加入顯著促進(jìn)了熔池中金屬液的圓周流動(dòng)，這種流動(dòng)模式加速了鐵原子向鋁側(cè)的擴(kuò)散過(guò)程，進(jìn)而促使焊接接頭中晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化，金屬間化合物層厚度減薄，并有效減少了界面缺陷，使鋁核硬度提升以及整體力學(xué)性能和韌性顯著改善。尤為值得注意的是，磁場(chǎng)輔助下的接頭斷裂模式由脆性界面失效轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橛欣捻g性拔出失效，不僅增強(qiáng)了接頭的可靠性，還使其峰值載荷和能量吸收能力分別提升90%和1 327%。

3.5 膠接電阻點(diǎn)焊技術(shù)

膠接點(diǎn)焊巧妙地將電阻點(diǎn)焊的穩(wěn)固連接特性與膠接的強(qiáng)韌結(jié)合優(yōu)勢(shì)相融合，形成了一種獨(dú)特的復(fù)合連接工藝。相較于傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊，膠接點(diǎn)焊通過(guò)引入膠接層，顯著增強(qiáng)了接頭的拉剪強(qiáng)度和疲勞耐久性[42]，在同種金屬材料的連接領(lǐng)域已展現(xiàn)出應(yīng)用價(jià)值，然而，在異種金屬，尤其是鋁/鋼等組合的連接上，其應(yīng)用探索尚顯不足。因此，探討膠接點(diǎn)焊在鋁/鋼異種焊接中的應(yīng)用潛力，對(duì)于拓寬該技術(shù)的適用范圍、提升異種金屬連接性能具有重要意義。

Chen等[43]在鋁/鋼膠接點(diǎn)焊的研究中遇到了直接焊接方式下鋁/鋼界面殘余膠過(guò)量的問(wèn)題，該問(wèn)題導(dǎo)致熔核中夾雜物增多以及IMC層異常增厚，進(jìn)而對(duì)接頭的整體性能產(chǎn)生了不利影響。為此，Chen等結(jié)合預(yù)清潔電流脈沖技術(shù)設(shè)計(jì)了一種多臺(tái)階形貌的電極（見(jiàn)圖9），不僅有效清除了接頭中的夾雜物，還成功抑制了IMC層的過(guò)度增長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，改進(jìn)后，固化完成的膠接點(diǎn)焊接頭性能得到顯著提升，達(dá)到了約20%的增強(qiáng)效果。

膠接點(diǎn)焊技術(shù)在同種材料焊接領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)為探索其在鋁/鋼異種材料連接中的潛力提供了參考。Hayat等[44]在DP600鋼的連接研究中，對(duì)比了膠接、電阻點(diǎn)焊以及膠接點(diǎn)焊的接頭性能，結(jié)果表明，膠接點(diǎn)焊在接頭性能上優(yōu)于單一膠接和電阻點(diǎn)焊。王健強(qiáng)等[45]在6111鋁合金的連接試驗(yàn)中，探討了膠接點(diǎn)焊工藝參數(shù)對(duì)接頭性能的影響。結(jié)果表明，在眾多參數(shù)中，電流對(duì)膠接強(qiáng)度的影響最為顯著，同時(shí)，熔核尺寸與接頭強(qiáng)度之間在特定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。這些研究不僅豐富了膠接點(diǎn)焊技術(shù)的理論體系，也為后續(xù)在鋁/鋼異種材料連接中的應(yīng)用提供了實(shí)踐指導(dǎo)和理論依據(jù)。

膠接電阻點(diǎn)焊技術(shù)的核心在于膠接劑的引入，顯著強(qiáng)化了焊接接頭的整體性能。膠接劑以其獨(dú)特的填隙能力，有效彌補(bǔ)了焊接過(guò)程中可能產(chǎn)生的微小間隙，與電阻點(diǎn)焊形成的金屬間強(qiáng)固結(jié)合相輔相成，共同構(gòu)筑了一個(gè)更為致密、穩(wěn)固的連接體系。這種復(fù)合式的連接策略不僅大幅提升了接頭的抗拉強(qiáng)度，還顯著增強(qiáng)了其抗疲勞性能，使焊接接頭具有更高的可靠性和耐久性。膠接電阻點(diǎn)焊技術(shù)提升了接頭的密封性和耐腐蝕性，有助于降低生產(chǎn)成本和減輕產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

研究人員針對(duì)成分與板厚各異的焊接件，通過(guò)正交試驗(yàn)等方法，對(duì)焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力、電極端面直徑及脈沖數(shù)等焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得了穩(wěn)定且高效的焊接質(zhì)量。結(jié)合焊接過(guò)程的模擬仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步優(yōu)化焊接參數(shù)，有效解決了焊接過(guò)程中出現(xiàn)的裂紋、氣孔等問(wèn)題。此外，電極表面形貌的優(yōu)化也被視為一種經(jīng)濟(jì)且高效的方法來(lái)提升焊接強(qiáng)度，采用具有新表面形貌的電極，相較于傳統(tǒng)電極，往往能夠連續(xù)焊接更多的點(diǎn)，且焊接質(zhì)量顯著提升。與此同時(shí)，復(fù)合電阻點(diǎn)焊技術(shù)作為新興的連接手段，通過(guò)巧妙融合超聲波、激光、磁場(chǎng)、凸焊、膠接等連接技術(shù)，顯著增強(qiáng)了焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性，拓寬了電阻點(diǎn)焊的應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)計(jì)未來(lái)汽車(chē)工業(yè)中的電阻點(diǎn)焊技術(shù)及復(fù)合電阻點(diǎn)焊技術(shù)的發(fā)展方向如下：

a. 高效化與自動(dòng)化：電阻點(diǎn)焊設(shè)備將更加智能化，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

b. 環(huán)保與節(jié)能：電阻點(diǎn)焊設(shè)備將采用更加環(huán)保的材料和工藝，減少焊接過(guò)程中的能耗和排放。

c. 多元化與復(fù)合化：通過(guò)與其他連接技術(shù)（如膠接、鉚接等）相結(jié)合形成復(fù)合連接工藝，以滿(mǎn)足不同材料和結(jié)構(gòu)件的連接需求，電阻點(diǎn)焊技術(shù)還將與其他先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，如激光焊接、超聲波焊接等，形成更加高效、可靠的連接方案。

d. 智能化與數(shù)字化：電阻點(diǎn)焊設(shè)備將具備更強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集和分析能力，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)，為焊接質(zhì)量的控制和優(yōu)化提供有力支持。

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