基于高功率超聲波焊接的汽車鋁合金板件力學性能分析

基于高功率超聲波焊接的汽車鋁合金板件力學性能分析

實現汽車輕量化能夠改善汽車燃油消耗，因而成為汽車行業發展的重要方向，而通過采用新型輕質材料能夠實現汽車的輕量化。常用的輕質材料包括鋁合金、鎂合金、碳纖維增強復合材料和玻璃纖維增強復合材料等。考慮成本、拉伸強度等因素，應用最廣泛的輕質材料為鋁合金材料。在進行鋁合金板件焊接時，由于其膨脹系數較大，因而采用傳統的電阻點焊可能會造成焊接處的連接脆性較大、焊接不穩定。而開發出的攪拌摩擦焊在實現鋁合金板件的焊接時，所需要的循環時間較長、能源消耗較大。對此，又開發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，實現焊接。將高功率超聲波焊接應用在汽車行業中，需要對其焊接處的力學性能進行驗證。驗證通過試驗進行，試驗選擇厚度為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的2.5kW MH2016超聲波焊接系統進行焊接，設定運行頻率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域內動態再結晶和晶粒生長過程進行觀測，并利用K形熱電偶對焊接區域的溫度進行檢測，利用萬能試驗機對焊接試樣的拉伸強度進行測量。結果顯示：①焊接區域內結晶的數量，隨著焊接時間的增加而增加，相應焊接強度也隨之增加；②焊接過程中，焊接區域的最高溫度為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