鋁鎂異種合金板材超聲波金屬焊接工藝

2021-12-14 17:59

鋁、鎂、鈦等輕合金的開發利用在汽車輕量化的大環境下得到了極大的發展，相應的鋁、鎂、鈦等輕合金成形領域的研究也得到了快速發展，其中輕合金焊接工藝就是眾多學者關注的重要領域之一。目前，常見的焊接方法包括電弧焊、電阻焊、摩擦焊、釺焊、激光焊、高頻焊等，但是由於鋁、鎂、鈦等輕合金的焊接性能差、導熱率高、受熱後容易吸氫氧化等特點，使得輕合金的焊接工藝成為阻礙輕合金應用的難題。超聲波金屬焊接技術就是在這種大背景下出現的。經過眾多學者試驗研究，證實超聲波金屬焊接工藝的可行性和焊接件性能的可靠性。

超聲波金屬焊接技術是通過對合金表麵施加垂直方向的壓力以及水平方向的高頻振動，從而使得焊接件間的溫度迅速提升形成牢固的焊接接頭，實現材料的固相連接。超聲波金屬焊接技術具有突出優勢：首先，焊接件材料種類繁多，範圍廣泛，可焊接性強，如銅、鎳、鋁材料的焊接；第二，超聲焊接技術對材料表麵的粗糙度以及材料的清潔程度要求並不嚴格，不需要對材料表麵做清潔及氧化膜去除處理，焊接方便、快捷；第三，超聲焊接過程溫度變化不足材料熔點的50%，避免材料發生嚴重變形或熔融；第四，超聲焊接周期短，焊接接頭具有良好的力學性能，對焊接周圍區域的損傷較小。

隨著功率超聲技術的發展，以及輕量化技術的要求，超聲焊接技術的優越性越來越明顯。由於各種材料性能優勢不同，將其組合使用可獲得更良好的材料性能優勢，因此複合材料的研製得到了廣泛關注。采用高性能輕質材料，是提高零部件性能、實現裝備輕量化的有效途徑之一，如鋁製合金板材及管材、鎂製合金板材及管材和其他多種金屬與非金屬組成的複合材料。高性能輕質材料以鋁、鎂複合材為代表，鎂合金質量更輕，比強度更高，具備優越的阻尼吸震降噪和吸熱性能，其中以變形鎂合金AZ31B為代表；而鋁合金抗腐蝕性更好、價格低廉、應用廣泛，以經過熱處理預拉伸工藝後的鋁合金6061為代表。為了使鋁鎂合金的性能優勢充分互補，平衡材料的性能，鋁鎂複合材料的構建得到廣泛研究與開發，被譽為21世紀最有發展潛力的非鐵金屬材料之一。

超聲波焊接參數對金屬焊件力學性能影響及分析

焊接振幅、焊接壓力、焊接時長、焊件厚度等在超聲焊接中均存在最佳值，使焊接達到最佳效果。

超聲焊接過程中焊接參數對於焊接效果的影響主要有兩個方麵：首先，超聲振動對於材料內部微觀組織的影響，超聲振動的介入使材料發生“軟化”，材料內部位錯向著有利於塑性流動的方向發展。而長時間、大振幅的超聲振動又會導致材料發生“硬化”，材料內部位錯發生塞積、堆垛，使材料塑性變差，這也是超聲振幅過大（大於8μm）時，焊件力學性能變差的根本原因。其次，超聲焊接過程主要是超聲焊頭與焊件、焊件之間、焊件與下砧板之間進行摩擦，焊件間瞬間產生大量熱，致使材料局部融化使材料間發生固相連接，而在焊件間進行熱輸入的同時，材料相應的發生熱致軟化。參數過高導致材料熱輸入過量，材料軟化程度加劇，導致焊接接頭處容易發生焊件壓潰、焊接接頭區域變薄等現象，最終導致材料力學性能減弱。

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