钛和铝合金电阻点焊之间的联合与盖板焊接特

1、 毕业设计（论文）外文翻译 题目 钛和铝合金之间用盖板电阻点焊焊接的接头特性专 业 名 称 焊接技术与工程 班 级 学 号 118104101 学 生 姓 名 敖文涛指 导 教 师 胡德安 填 表 日 期 2015 年 4 月 3 日钛和铝合金之间用盖板电阻点焊焊接的接头特性by Ranfeng Qiu*, Katsuya Higuchi*, Shinobu Satonaka* and Chihiro Iwamoto* 我们使用带盖板的电阻点焊焊接纯钛和A50522铝合金板，并研究了接头力学性能和界面结构。利用透射电子显微镜观察界面微观结构。在观察焊接接口的过饱和钛铝固溶体层大约160nm处，

2、其中有TiAl3的沉淀物。力学性能分析表明，该反应层没有影响接头的拉伸剪切载荷。关键词：电阻点焊；钛；铝合金；盖板；抗拉剪载荷；界面；反应层目 录 1.简介.1 2.关于带盖板的电阻点焊.1 3.实验过程.2 4.实验结果和讨论.34.1 界面微观结构.34.2 接头的力学性能.64.3 接头的拉伸剪切负载对界面反应层的影响.8 5.结论.9参考文献101.简介钛及其合金是一种在工业应用中最具吸引力的工程金属，因为他们表现出优越的性能，如高的强度，疲劳寿命，韧性，优良的抗腐蚀、低密度。然而，钛及其合金的应用由于材料的成本过高限制了其应用。在另一方面，异种材料间完美的接头使多材料设计方法和低成本

3、制造过程被采用。因此，钛（及其合金)和其他材料的连接是必不可少的如铝合金，钛及其合金有效的利用低成本制造，并扩展他们的应用。然而，钛和铝合金的连接伴随着一些困难，因为两种材料之间的物理和热性能的差异较大，而在焊接接口形成脆的反应产物。为了避免钛和铝合金之间在焊接接口的反应，以往研究都集中在固态接合，如，摩擦焊接，真空滚焊和扩散焊。在另一方面，电阻电焊（RSW)被广泛使用在很重要的薄板产品焊接过程中；然而，迄今为止钛合金和铝合金之间的RSW只有很少一部分研究已报到。在以前的研究中，我们已经焊接钢到铝合金板，并使用点焊盖板技术在低焊接电流的焊接条件下进行获得更强的焊缝。这是众所周知的，也有在钢和铝

4、合金之间的点焊过程中，来自于基体材料和脆性反应产物在焊接界面之间形成而引起的物理和热性能大的差异问题。同样的问题也出现在钛/铝的电阻点焊过程。在本研究中，因此，我们也采用这种方法焊接对钛铝合金，调查接头的界面微观结构和强度，并分析反应层对接头的机械性能的影响。2.关于带盖板的电阻点焊众所周知的，RSW的根据来自被电极力固定在一起的板通过电阻和电流流动的焦耳作用得到的热源加工过程。在此过程中，在改点搭接面的区域中发生凝结。因此，在钛和铝合金的电阻点焊过程中，非常高的电流是必需的因为低热量的产生铝合金的热传导高。然而，巨大的焊接电流将降低电极头寿命，需要安装大容量的点焊机。为了能使钛铝合金在相对较

5、小的电流条件下点焊，我们提出了用盖板点焊技术。图1显示了该焊接工艺流程示意图，其中盖板放在铝合金板上。这里，它被要求盖板具有比铝合金更差的导电性的金属片，所以盖板上的高热量可以从盖板向铝合金传递。以较低的成本和可用性的考虑，我们选择了冷轧钢板SPCC作为盖板。在本研究中，也准备比较铝合金板类似材料和钛铝合金异种材料连接的接头强度。在这种情况下，铝合金板被放置在两盖板之间。图1与盖板焊接点示意图3.实验过程在这项研究中，1.0毫米厚的工业纯钛（Ti）的薄片和铝合金A5052（A5052）片被用作母材。其化学组成列于表1。使用交流点焊机进行点焊。图2示出了接头的结构和尺寸，在这采用1毫米30

6、15;40×SPCC的盖板。焊接条件列于表2中，其中所述焊接电流和电极压力分别不同。表1 材料的化学成分分析材料元素（质量）A5052MgFeCrSiMnCuAl2.570.270.190.090.030.02BalTiHONFeTi0.0130.150.050.20Bal表2焊接条件 设置1 设置2焊接电流 6-12KV 10KV焊接时间 10周期 10周期电极压力 4KN 1-6KN 电极 Cu-Cr合金;锥形电极尖端（ø6）预处理 脱脂处理用丙酮接头的界面微观结构是用透射电镜观察（TEM；TECNAI F20，加速电压：200 kV）配备一个扫描单元和能量色散X射线光

7、谱（EDX）探测器。用薄箔，将其制备用离子铣削（3keV氩）切片片从焊接试样机械研磨之后进行TEM观察。此外，该界面区域中的化学组合物使用的EDX用电子束探针的直径约为10纳米进行了检查。为了检验接头的力学性能，在常温下进行了十字头X10-5毫秒-1的速度拉伸剪切试验。拉伸剪切试验后从断裂面测得焊接直径。图2 接头的配置和尺寸的4. 实验结果和讨论4.1界面微观结构图3显示了接头的截面的光学显微图像，这是焊接电流8 kA的条件下焊接的。在画面中，鼓形熔核中观察到的A5052，其厚度比在中心的原始厚度更薄。相反，在相邻的焊接钛/铝A5052界面没有观察到融合区。其他接头在不同焊接条件下焊接也图3

8、 横截面的光学显微镜照片观察到了类似的形态。此外，熔核中心观察到的一些气孔如图3所示。在最近的文献中，格安A.等人声称，过度的孔隙率（高达40%的熔核直径）不在剪切时保持一个恒定的6.3毫米直径，影响焊接焊缝的静态性能，研究了不连续的人影响焊缝的静态和疲劳性能的电阻点焊铝合金接头。在这项研究中，因此，根据其抗拉剪载荷研究结果在熔核形成气孔不影响接头。图4a示出的扫描透射电子显微镜（STEM）拍摄的图像来自10 kA的焊接电流的条件下焊接接头的界面区域。可以看出有五个层次（U-Y）。图4b显示了从图4a中所示的线MN的EDX分析的结果。表3总结了元素的Ti，Al和Mg在图4a中所示的典型点A-G

9、的浓度。它是可见的层U基体金属Ti，根据结果EDX能谱给出的图4b和表3分析Y 和W层基体金属A5052。如图所示图4a中，在基金属钛（层U）和A5052（层W）之间约为160 nm的厚度一层（V层）观察。EDX分析表明它是一个扩散反应层。然而，Ti元素的含量高于Ti元素在Al中的溶解度。这种过饱和固溶体认为是点焊过程中由于冷却速度较快形成的。此外，应该注意的是出现了具有Al和Ti的稳定组合物的区域（图4b带标记的黑色箭头）（铝：钛3：1）。这表明，一些化合物在那里形成。为了阐明该扩散反应层的详细结构，我们观察到的焊接接口用TEM。图5a示出了反应层的一个典型明场像。在图像

10、中，对部分析出粒子进行观察。图5b显示选定的粒子的电子衍射图案。根据电子衍射谱的分析，发现析出粒子TiAl3。得到类似的结果为西尾K.等人，通过界面微观结构的研究了AlTi复合材料产生的真空滚动焊接方法。他们还观察到，Ti和Al的过饱和固溶体（FCC晶体）的超细晶带内的析出物TiAl3（D022型）。图4.整个焊接区STEM显微（a）的分析线和EDX（b）分析的结果表3的结果，EDX分析显示在图4a的点(at %)ABCDEFGTi99.8598.6728.231.272.230.940.6Al0.141.1870.1994.5888.4495.2395.99Mg00.131.574.139.

11、323.813.39此外，富镁层（层X），在A5052的焊接接口附近观察到，其中镁元素的含量超过临界限元素Mg和Al（1.9 %.100°C）。虽然该层的形成的起源仍不清楚，点焊过程中快速冷却速率是产生富镁层的一个可能原因。图5 在焊接界面的TEM图像观察（a）从选定的粒子的电子衍射数据（b），入射电子束方向平行于 131 尾崎H.等人。具有焊接纯钛铝合金A5052片用激光焊接在辊，其界面反应也发生了铝熔体与固体钛之间。他们在焊接界面观察到1-10m厚的反应层。与他们的结果相比，该反应层（层），形成在电阻点焊的焊接界面结合在这项研究中获得的焊接接头，较薄。这被认为是由于点焊

12、的时间较短，所以反应层的厚度收到影响。4.2 接头的力学性能一般情况下，焊接电流和电极压力对接头的熔核直径和拉伸剪切载荷有影响。在这一节中，我们调查了用盖板RSW的焊接的焊接参数和接头熔核直径，拉伸剪切负载之间的关系。图6 焊接电流对拉伸剪切负载和接头焊接直径的影响图6示出了设置1的焊接条件下焊接电流对焊接接头的拉伸剪切负荷和熔核直径的影响。如图所示，焊接电流的增加使接头的熔核直径和拉伸剪切负载增加，在10KA以上焊接电流的增加对接头的拉伸剪切增加的较慢。此外，该接头断裂类型取决于焊接电流的变化。6KA焊接电流接头的断裂类型为剪切断裂，6KA以上的焊接电流为塞断裂。在点焊，热输入与焊接电流的增

13、加而增加，导致熔核直径的增大。如图6所示，接头的拉伸剪切负荷随焊接电流的增加而增加。影响接头抗剪强度断裂和塞断裂的主要因素是由于熔核直径的增加。然而，随着焊接电流的增加，如图3所示的接头厚度的减小，这是另一个重要影响因素对塞断裂强度。因此，在焊接电流高于10KA，所述的接头的拉伸剪切负荷的增加是轻微的。图7.电极压力对接头的拉伸剪切负荷和焊接直径的影响图7示出了设置2的焊接负载下电极压力对焊接接头的拉伸剪切负荷和熔核直径的影响。电极压力的增加会使熔核直径和接头拉伸剪切载荷降低。这是由于以下两个原因造成的。首先，这是由于高电极压力造成优良的薄片分离，抑制熔核的生长。其次，在焊接区域的能量密度减少

14、，这是由于电极压力的增加造成电极和板之间的接触面积增大，从而引起初始接触电阻的减少以及电极能量辐射的增强。对于接头的断裂方式，接头通过电极力的断裂类型是塞断裂。如图7所示由焊接电流10KA和电极力1KN的焊接条件下焊接拉伸试验得到的最大拉伸剪切载荷6.4KN。Ichikawa R.和Ohashi T.使用常规点焊焊接1.0mm工业钛合金和铝合金5052-H34，在5.7KA的焊接电流和320Kg（3.136KN)的拉伸剪切载荷的焊接条件下得到了5.5mm的熔核直径。在与他们的比较结果，本研究获得的接头具有较高的抗拉剪载荷和较大的熔核如图6和图7。根据美国国家标准，熔核直径大于4t1/2（t代表

15、试样的厚度）是电阻点焊接头的要求；从这个角度来看，接头与盖板点焊焊接熔核直径也足够大。他归因于盖板上的熔核形成的效果。也就是说，在盖板中产生大的热，由于其低的导电性，转移到焊接区的铝合金，提高了焊接区热，导致更大的熔核的形成。在这项研究中，最优化的焊接条件是1.0KN电极力和10 kA的焊接电流的条件下，由于在这样的焊接条件下能得到最大拉伸剪切负荷接头。4.3 接头的拉伸剪切负载对界面反应层的影响通常，异种材料的点焊在熔核直径和界面反应层影响接头的强度。在这一节中，我们通过使钛/ A5052接头和类似的材料接头A5052/ A5052之间的比较讨论在Ti/ A5052接头的拉伸剪切载荷下的界面

16、反应层的效果。图8示出钛/ A5052接头和A5052/ A5052接头之间的熔核直径和拉伸剪切负载的关系。这两种类型的接头，在A5052/ A5052和Ti/ A5052，显示该拉伸剪切负荷增加使熔核直径的增大。同熔核直径下，异种材料连接的Ti / A5052与不反应层形成的A5052/ A5052接头显示几乎相同的拉伸剪切负载。观察接头的拉伸试验后发现断裂，断裂发生在母材A5052。因此，上述结果表明，在Ti/ A5052接头的拉伸剪切强度对所形成的焊接界面反应层无明显影响。图8接头的焊缝直径和拉伸剪切载荷之间的关系5.结论在这项研究中，我们使用电阻点焊用盖板焊焊接商用纯钛片和铝合金A50

17、52片材。通过对接头界面结构和力学性能评价接头的性能。从本研究获得的主要结果如下：1. 它是可行的，通过使用盖板RSW方法焊接钛合金板和铝合金板。在相对较低焊接电流条件下获得的大熔核和高拉伸剪切强度。2. 在Ti/A5052接头焊接界面观察过饱和Ti/Al固溶体层，其中包含的析出相TiAl金属间化合物。3. 盖板点焊焊接钛/A5052的反应层对接头的拉伸剪切强度无影响。参考文献1 Katoh K. and Tokisue H. : Friction welded 5052 aluminum alloy to pure titanium joi, Journal of Japan Institu

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