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基于攪拌摩擦點(diǎn)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(qiáng)度和較好抗腐蝕性的鋁合金最為突出。但要實(shí)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(diǎn)焊和鉚接。但電阻點(diǎn)焊存在能耗大、熱變形嚴(yán)重、電極損耗快等缺點(diǎn)；現(xiàn)代車身約有2000～5000個(gè)焊點(diǎn)，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(diǎn)焊，其是在攪拌摩擦焊基礎(chǔ)上提出的一種固態(tài)點(diǎn)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(diǎn)焊進(jìn)行異種金屬連接的焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度，同時(shí)分析各焊接工藝參數(shù)對剪切強(qiáng)度的影響，并利用田口優(yōu)化方法對工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定最佳的工藝參數(shù)組合。

采用攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接時(shí)包含壓入、旋轉(zhuǎn)和回撤3個(gè)主要階段，在主軸帶動(dòng)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(dòng)工件材料流動(dòng)實(shí)現(xiàn)連接。攪拌摩擦點(diǎn)焊的焊接強(qiáng)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(dòng)。攪拌頭的轉(zhuǎn)速、伸入深度和停留時(shí)間也對焊接強(qiáng)度產(chǎn)生影響。試驗(yàn)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(jìn)行清洗。采用日本法蘭克PVM40焊接控制系統(tǒng)進(jìn)行焊接，采用TUE-CN-600萬能試驗(yàn)機(jī)確定剪切強(qiáng)度。分別改變攪拌頭的轉(zhuǎn)速、切入深度和停留時(shí)間進(jìn)行不同參數(shù)組合下的點(diǎn)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(shí)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)速對剪切強(qiáng)度的影響最大，其次是切入深度，最后為停留時(shí)間；當(dāng)設(shè)定轉(zhuǎn)速為2800r/min、切入深度為0.9mm、停留時(shí)間為8s時(shí)，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