鍍鋅涂層對超聲波點焊焊接特性的影響

鍍鋅涂層對超聲波點焊焊接特性的影響

多材料結構設計有助于實現汽車輕量化，平衡汽車制造成本和最小化環境影響之間的關系。常見的車用輕質材料包括鋁合金、鎂合金等。應用這些輕質材料時，常常需要進行異種材料的連接，如汽車鋼板與汽車鋁合金板件的連接。傳統的電阻點焊在實現異種材料連接時，由于異種材料具有不同的力學性能，使焊接處存在較大的殘余應力，因此開發出了超聲波點焊。該種焊接將高頻振動波傳遞到待焊接板件的結合處，在加壓的情況下使待焊接板件表面相互摩擦，形成分子層間的熔合，實現焊接。但是，目前常用的鋼板為鍍鋅鋼板，對超聲波點焊的研究需要考慮鍍鋅涂層產生的影響。

通過試驗，分析鍍鋅涂層對超聲波點焊焊接特性的影響，選擇6111-T4鋁合金與兩種不同的鍍鋅鋼板進行焊接。兩種鍍鋅鋼板分別為熱浸處理鍍鋅層的DX56-Z鋼板和擴散處理鍍鋅層的DX53-ZF鋼板。制造厚度1mm、長度100mm和寬度25mm的6111-T4鋁合金板件、DX56-Z鋼板件和DX53-ZF鋼板件。采用丙酮清洗板件表面，去除板件表面污垢，并利用熱風進行表面烘干。采用美國三和科技（Sonobond）生產的雙頭超聲波焊接機進行板件焊接以獲得試驗試樣，焊接時設定振動頻率為20.5kHz、功率2.5kW。采用美國英斯特朗RT/100試驗機對制造的試驗試樣進行搭接剪切試驗，并利用德國卡爾蔡司生產的EVO60 VPSEM電子顯微鏡，觀察搭接剪切試驗后斷口的微觀結構。結果顯示，鋁合金板件和兩種鍍鋅涂層鋼板之間，由于鍍鋅涂層的原因而形成樹枝狀共晶結構。搭接剪切試驗則表明，6111-T4鋁合金與DX56-Z鋼焊接試樣之間形成Fe2Al（5?x）Znx（0＜x＜1），而6111-T4鋁合金與DX53-ZF鋼焊接試樣之間形成Fe3Zn10和Fe5Zn21，對于后者極易發生脆性斷裂，將對超聲波點焊的焊接性能產生影響。

刊名：Materials Science and Engineering A（英）

刊期：2016年第678期

作者：Farid Haddadi

編譯：王淼