论文部分内容阅读
在环境和能源问题日益严峻的今天,实现汽车轻量化生产,降低自重,受到各大汽车厂商的关注。车身制造的主要材料是钢板,如何加快轻质镁合金材料在汽车中的应用,实现镁与钢的可靠连接,已成为该领域的关键技术之一。由于镁、铁之间熔点差异大;既不互溶也不发生冶金反应,采用常规熔焊方法难以实现镁与钢的有效连接。本文采用无匙孔搅拌摩擦点焊的方法对镁合金与钢的搭接点焊展开试验,并研究其接头的结合机理,为镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊的应用提供理论指导。首先,由于现有焊接设备与无匙孔方法并不适合用于镁/钢的连接,为了得到具有较高连接强度的接头,设计了新的无匙孔焊接方法并制造了专用搅拌摩擦点焊机。针对1mm厚DP600镀锌钢与2mm厚AZ31B镁合金,通过正交试验的方式,得到了抗剪切载荷在9.0kN以上的搭接接头施焊工艺窗口。使用最优工艺参数:搅拌针直径6mm、轴肩直径20mm、搅拌头转速1200r/min、轴肩下压量0.3mm、搅拌针伸出量1.6mm施焊,获得了焊点美观且最大抗剪切载荷达到10.1kN的镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头。为了研究接头结合机理,分别采用真空扩散焊与无匙孔搅拌摩擦点焊两种焊法,对DP600镀锌钢/AZ31B镁合金、DP600镀锌钢/工业纯镁、去除镀锌层的DP600钢/AZ31B镁合金与去除镀锌层的DP600钢/工业纯镁四种材料组合进行焊接试验,对比分析其接头抗剪切载荷。试验结果表明:冶金结合并不是镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头的决定性结合方式,应存在一种有别于传统熔焊与固相焊的连接方式决定了接头的连接。为了研究其决定性结合方式,本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射等试验分析手段,并结合力学性能测试结果,展开了针对性的研究,通过实测绘制的方式再现了接头结合界面的三维形貌。研究结果表明:镁/钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头是一种机械连接为主、冶金结合为辅的接头,镁与钢在结合界面互相嵌锁的结构主要影响着接头的连接强度;其接头的元素扩散局限于母材中微量的合金元素与镀锌层的反应,生成厚度极薄的金属化合物与复合氧化物对机械连接起到辅助作用。最后,本文研究了镁/钢无匙孔接头的成型过程:在搅拌头高速旋转与挤压作用下,钢板发生局部的热塑性流动和机械性的撕裂与破碎,热塑性的镁则裹挟着部分钢的碎粒填补在钢发生流动与变形的区域,形成了钢与镁紧密的嵌合结构。