基于高功率超聲波焊接的汽車鋁合金板件力學(xué)性能分析

實(shí)現(xiàn)汽車輕量化能夠改善汽車燃油消耗，因而成為汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向，而通過采用新型輕質(zhì)材料能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的輕量化。常用的輕質(zhì)材料包括鋁合金、鎂合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。考慮成本、拉伸強(qiáng)度等因素，應(yīng)用最廣泛的輕質(zhì)材料為鋁合金材料。在進(jìn)行鋁合金板件焊接時，由于其膨脹系數(shù)較大，因而采用傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊可能會造成焊接處的連接脆性較大、焊接不穩(wěn)定。而開發(fā)出的攪拌摩擦焊在實(shí)現(xiàn)鋁合金板件的焊接時，所需要的循環(huán)時間較長、能源消耗較大。對此，又開發(fā)出了一種鋁合金板件的焊接方式，即高功率超聲波焊接。

高功率超聲波焊接利用高頻振動波傳遞到2個需要焊接的物體表面，在加壓的情況下，使2個物體表面相互摩擦形成分子層間的接合，實(shí)現(xiàn)焊接。將高功率超聲波焊接應(yīng)用在汽車行業(yè)中，需要對其焊接處的力學(xué)性能進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證通過試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)選擇厚度為0.92mm的6111T4鋁合金材料，將其制造為尺寸25mm×100mm的鋁合金板件。采用美國三和科技生產(chǎn)的2.5kW MH2016超聲波焊接系統(tǒng)進(jìn)行焊接，設(shè)定運(yùn)行頻率20.5kHz、焊接時間0.62s、焊接壓力1.4kN。使用電子背散射衍射（EBSD）方法對高功率超聲波焊接區(qū)域內(nèi)動態(tài)再結(jié)晶和晶粒生長過程進(jìn)行觀測，并利用K形熱電偶對焊接區(qū)域的溫度進(jìn)行檢測，利用萬能試驗(yàn)機(jī)對焊接試樣的拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測量。結(jié)果顯示：①焊接區(qū)域內(nèi)結(jié)晶的數(shù)量，隨著焊接時間的增加而增加，相應(yīng)焊接強(qiáng)度也隨之增加；②焊接過程中，焊接區(qū)域的最高溫度為440℃；③焊接試樣承受的極限拉伸力為2.9kN。

刊名：Materials Characterization（英）

刊期：2016年第118期

作者：Farid Haddadi

編譯：王淼