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铝-镁异种合金板材超声波焊接工艺

2021-05-12 11:29
铝、镁、钛等轻合金的开发利用在汽车轻量化的大环境下得到了极大的发展,相应的铝、镁、钛等轻合金成形领域的研究也得到了快速发展,其中轻合金超声波金属焊接工艺就是众多学者关注的重要领域之一。

目前,常见的焊接方法包括电弧焊、电阻焊、摩擦焊、钎焊、激光焊、高频焊等,但是由于铝、镁、钛等轻合金的焊接性能差、导热率高、受热后容易吸氢氧化等特点,使得轻合金的焊接工艺成为阻碍轻合金应用的难题。超声焊接技术就是在这种大背景下出现的。经过众多学者试验研究,证实超声焊接工艺的可行性和焊接件性能的可靠性。

超声金属焊接技术是通过对合金表面施加垂直方向的压力以及水平方向的高频振动,从而使得焊接件间的温度迅速提升形成牢固的焊接接头,实现材料的固相连接。超声焊接技术具有突出优势:首先,焊接件材料种类繁多,范围广泛,可焊接性强,如铜、镍、铝材料的焊接;第二,超声焊接技术对材料表面的粗糙度以及材料的清洁程度要求并不严格,不需要对材料表面做清洁及氧化膜去除处理,焊接方便、快捷;第三,超声焊接过程温度变化不足材料熔点的50%,避免材料发生严重变形或熔融;第四,超声焊接周期短,焊接接头具有良好的力学性能,对焊接周围区域的损伤较小。

随着功率超声技术的发展,以及轻量化技术的要求,超声焊接技术的优越性越来越明显。由于各种材料性能优势不同,将其组合使用可获得更良好的材料性能优势,因此复合材料的研制得到了广泛关注。采用高性能轻质材料,是提高零部件性能、实现装备轻量化的有效途径之一,如铝制合金板材及管材、镁制合金板材及管材和其他多种金属与非金属组成的复合材料。高性能轻质材料以铝、镁复合材为代表,镁合金质量更轻,比强度更高,具备优越的阻尼吸震降噪和吸热性能,其中以变形镁合金AZ31B为代表;而铝合金抗腐蚀性更好、价格低廉、应用广泛,以经过热处理预拉伸工艺后的铝合金6061为代表。为了使铝镁合金的性能优势充分互补,平衡材料的性能,铝镁复合材料的构建得到广泛研究与开发,被誉为21世纪最有发展潜力的非铁金属材料之一。