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铝合金电阻点焊接头组织及硬度分析

 论文栏目:铝合金论文     更新时间:2019/10/8 11:18:11   

摘要:对4mm厚的6N01铝合金和5083铝合金进行电阻点焊试验,并对其接头的组织和硬度进行分析研究。结果表明,异种铝合金电阻点焊接头组织为电阻焊典型的“等轴晶+柱状晶”组织;异种合金焊接时,熔核向电导率低、导热慢和熔点低的一侧偏移;在电阻点焊焊接过程中,6N01母材晶界发生重熔;熔核区的硬度值相差不大且趋近于熔核中心的硬度值最低,平均值为62HV,同时6N01铝合金的热影响区硬度值有明显下降。

关键词港口经济杂志社:异种铝合金;电阻点焊;组织;硬度

铝合金由于密度小、良好的耐腐蚀性、耐候性等特点被广泛应用于车辆制造、航空航天、家电制造以及电子工业等领域。在实际生产中,不同的铝合金往往需要进行非承重性连接,而电阻点焊由于其简单而高效的焊接性被广泛应用。但是,由于异种铝合金在性能上的差异,会导致其接头性能存在熔核偏移等问题,从而导致点焊接头的组织和力学性能存在很大差异,而使焊接接头变弱。由于铝合金本身成分和物理性能的不同,从而导致其焊接接头的力学性能存在差异,使得形核不稳定[1]。本文旨在研究异种铝合金电阻点焊的形核特点及其接头的显微硬度,为异种铝合金电阻点焊工艺提出合理的理论指导,改善异种铝合金电阻点焊实际生产情况,从而提高异种铝合金电阻点焊的生产质量。

1试验材料及方法

电阻点焊机为交流点焊机,选用的母材为4mm厚的6N01铝合金和5083铝合金,对其进行电阻点焊试验,6N01铝合金在上,5083铝合金在下,母材化学成分如表1所示。点焊前,用机械方法和化学方法对母材进行处理。电阻点焊参数如表2所示。焊接完成后对同一焊点进行金相、硬度取样。然后,将试样先用砂纸粗磨、精磨至2000目,最后对测试试样抛光,用Keller试剂进行电解腐蚀,腐蚀后的试样通过Leica显微镜进行观察,分析其金相组织。通过数字显微硬度计测试焊点硬度,载荷500g,保持10s,进行维氏硬度测试。硬度测试点如图1虚线所示。

2试验结果与分析

2.1接头微观组织分析

图2为异种铝合金电阻点焊接头金相组织。由图2可以看出中心位置是明显的等轴晶,形核边缘为明显的柱状晶,呈现出电阻点焊典型的组织特点“等轴晶+柱状晶”。这是由于熔池结晶形貌特征由溶质浓度C0、结晶速率R和液相的温度梯度G决定的。根据G/R,G随着距焊缝中心的距离的增加而增加,R随距焊缝中心距离的增加而降低[2],因此,熔核中心形成等轴晶,熔核边界形成柱状晶。由图2可以明显看出,异种铝合金两侧晶核大小不均匀,5083铝合金一侧熔核的熔化区域明显大于6N01铝合金一侧的,形核明显发生偏移。由表3可知,首先,5083铝合金的熔点低于6N01铝合金的熔点;其次比较两者的导电性,6N01铝合金的导电性比5083的导电性好,根据Q=I2Rt,在同样的焊接参数下,5083铝合金的一侧产热会高于6N01铝合金一侧。同时,比较两者的热导率,6N01铝合金的导热性优于5083铝合金,说明6N01一侧的散热更快。以上原因使得异种铝合金熔核向5083一侧偏移。图3为图2中A、B两侧母材接触面边界的金相组织。由图3(a)可以看出,在5083铝合金一侧的柱状晶晶粒沿6N01铝合金晶粒生长。这说明在焊接后的凝固过程中,6N01铝合金可以为熔化的5083铝合金形成柱状晶提供形核基底。由图3(b)可以看出,在电阻点焊过程中,6N01铝合金一侧的轧制大晶粒晶界有明显重熔现象。这说明了6N01铝合金的晶界存在低熔点化合物。

2.2硬度分析

港口经济杂志社 5083母材的平均硬度值约为87HV,6N01铝合金硬度约为110HV。图4为点焊焊核硬度分布云图,由硬度云图可以看出在焊核区6N01铝合金的未熔化部分一侧硬度明显低于其母材硬度。徐梅[3]等人提出在电阻点焊中,由于大的输入电流使得电极和工件接触面位置即使在有冷却的作用下,其温度也可达到550~600℃,其温度达到了6N01铝合金析出相的转变温度[4-5]。这说明在电阻点焊热循环作用下,6N01铝合金母材的析出相发生了转变,从而使得其硬度值有明显的降低。从图4可以看出,5083和形核区内的各区域的硬度值差别不大。根据FatihHayat[6]的研究,材料的成分及组织与点焊接头硬度有关。在点焊过程中,熔核内部液相在电极压力和重力等作用下在熔腔内发生相对流动,使熔核区域的液相相互混合,从而导致熔核内部的硬度值相差不大。图5为图1硬度测试点的硬度,根据金相及硬度分析对比可以看出,趋近于熔核中心的硬度值最低,平均值为62HV;电极直径以外的区域硬度值有明显的上升。6N01铝合金热影响区的硬度明显下降。

3结论

(1)异种铝合金焊接时,由于不同铝合金其本身物理性能不同,形核会向导电性差、导热性差、熔点低的一侧发生偏移。在焊接过程中,6N01铝合金一侧母材晶界发生重熔。(2)熔核区中心的硬度值最低,平均值为62HV;同时,6N01铝合金热影响区的硬度值有明显下降。

作者:佘亚东 索英超 汪殿龙 梁志敏 单位:河北科技大学 材料科学与工程学院

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