基于锁合效应的铝合金与钢多特性匹配电阻铆焊界面演变行为研究

In automotive industry, reducing the weight of automobile body is inevitable as protecting environment and energy saving get more serious. Against the background, multi-material lightweight structural automobile body is an expected structure for the weight reduction. Hence it is necessary and urgent to study reliable technology and related mechanism for the joining of aluminum/steel..With dissimilar materials joining between aluminum alloy and steel as the research object, controlling interface fusion as clues, integrating the self piercing riveting with resistance spot welding as approach in this project, the joining parameters will be optimized based on the matching condition of the multi-components characteristic parameters. Based on the ascertaining of the joining interface evolution behavior, the dependence of the fretting locking effect on the welding interface bonding states, the microstructure characteristics and the joining parameters will be analyzed, and the mechanism of the interfacial intermetallic compounds acted in the joint failure will be illustrated. Aiming at lightweight car body manufacturing, the new method of resistance rivet welding for dissimilar metal will are presented, and then the strategy of proactive and effective controlling of interface fusion to improve the joint performance will be proposed, according to the design of the joining components and process parameters.

随着环保、能源问题的日益突出，汽车车身轻量化已成为汽车工业发展的必然选择，而多材料轻量化结构车身有望随之成为轻质汽车的主流结构。因此，开展铝/钢异种金属可靠连接技术及相关机理的研究日趋迫切。.本项目以铝合金/钢异种材料连接为研究对象，以控制界面熔合为线索，以融合自冲铆与电阻点焊为手段，基于多单元件特征参量相匹配状况下优化连接参数。在探明接头中各界面演变行为的基础上，分析微动锁合效果对界面接合状态、组织特征及连接参数的依存性，进而阐明界面金属间化合物在接头失效中的作用机制。面向轻质汽车车身制造提出适宜于异种金属板材连接的电阻铆焊新方法，并从接合单元件、工艺参量的设计出发提出主动有效控制界面熔合进而提高接头性能的策略。.本项目预期研究成果能为热物性悬殊的异种金属连接工艺设计提供理论依据，为多材料轻量化结构车身的工程化应用提供理论和技术支撑。

为了推进汽车车身轻量化进展，本项目采用自冲铆与电阻点焊复合连接技术（电阻铆焊）对铝合金与低碳钢进行连接，并对相关基础问题开展了研究。通过对比自冲铆接头与电阻铆焊接头几何特征参量、各界面接合状态及微观结构，在分析接头中各界面演变的基础上，采用了多种工艺策略以实现界面熔合、强化接头。在自冲铆阶段，分别实施了施加辅助垫片、采用不同硬度的铆钉、利用不同形状的凹模等工艺措施，分析了所得接头几何特性、力学性能。在此基础上，对自冲铆接头进行电阻点焊。在电阻点焊阶段，采用不同的电极组合以控制焊接电流路径及焊接温度场，进而实现界面的熔合、加固接合性能。.在施加辅助垫片的电阻铆焊接头中，辅助垫片与铆钉肩部能实现可靠连接，有效地扩大了铆钉肩部与上板接触面积，使接头的抗剪载荷和十字抗拉载荷分别提升了14%和29%。在自冲铆中采用HRC42的铆钉能使铆钉腿刺穿上板、与下板形成牢固锁扣，并在点焊阶段产生熔合，强化的接头性能。自冲铆凹模内凸起曲面形状对接头几何形状有着较大的影响，采用凸起曲面呈正态分布的凹模铆接铝合金与钢，能促进钉脚向外的张开，形成牢固的锁扣，也能使所得电阻铆焊接头性能得以强化。改变上下电极形状，使焊接电流从铆钉腿流向下板，能强化铆钉腿与下板的冶金接合，获得性能较高的电阻铆焊接头。在采用优化的凹模、电极及铆钉等单元件，并配以连接参数对铝合金与钢进行电阻铆焊，能使铆钉腿与下板实现冶金接合，所获得电阻铆焊接头最大抗剪和十字抗拉载荷分别达到7.67 kN和4.23 kN，达到了钢的同种材料焊接接头程度，疲劳寿命也达到自冲铆接头的8.8倍。.通过分析各种条件下获得的铝合金与钢电阻铆焊接头中各界面微观结构，澄清了界面接合状态对工艺条件的依存性，阐明了铝合金/钢电阻铆焊接头形成机制。通过分析铝合金/钢电阻铆焊接头中各界面在接头失效中所承角色，揭示了接头中各界面在接头失效中的作用机制。所得成果为多材料轻量化结构车身的工程化应用提供了理论和技术支撑。