《Compos Adv Mater》：钢铝焊接接头的组织与力学性能研究！

将铝引入钢制车身是生产轻型汽车的重要措施。电阻点焊（RSW）是一种熔焊工艺，由于其快速、高效、廉价、易于机械化和自动化，以及产生良好的焊接表面质量，因此广泛用于汽车车身焊接组件和汽车零件的生产。尽管RSW在汽车制造质量中起着至关重要的作用，但其在铝合金和钢的连接中的应用具有挑战性，并存在两个难题：（1）铝合金和钢材差异较大的热物理性质，如熔点、导热率和线膨胀系数，是焊接后接头上显著应力的来源，增加了接头的开裂敏感性；（2） 在电阻引起的热量影响下，铝合金和钢在点焊界面形成一系列金属间化合物（IMC），使后者极为脆弱。

相比之下，电阻元件焊接（REW）工艺将接头的主要承载部分转换为相同材料的连接，有效地避免了容易发生不同金属直接RSW的硬脆相问题。支承区域变成由钢铆钉和钢板形成的熔核，从而改善接头的机械性能。这使得REW工艺成为轻质材料的异种金属连接的合适方法。

来自湖北工业大学的研究人员采用带隐蔽铆钉盖（Q235）的电阻元件焊连接了DP780双相钢和5052铝合金。使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了宏观形貌和微观结构。还测试了接头的机械性能。结果表明，在Q235/Al界面形成的金属间化合物（IMC）为FeAl3，而在DP780/Al界面形成的IMC为Fe2Al5和FeAl3。埋头铆钉REW接头在拉伸剪切力作用下的断裂模型有三种：界面断裂模型、熔合拉拔断裂模型和热影响区断裂模型。在18kA的焊接电流下，观察到熔核拔出失效模式，并获得了接头的最佳力学性能。接头的抗剪强度可达5712 N。

相关成果以题为Microstructural and mechanical characterization of steel-DP780/Al-5052 joints formed using resistance element welding with concealed rivet cover发表在Composites and Advanced Materials期刊上。

图1 电阻元件焊接（REW）工艺示意图

图2 接头的光学电镜图

图3 接头的SEM显微组织

图4 接头的显微硬度分布

图5 接头的力-加载曲线

总的来说，本文采用埋头铆钉的REW工艺实现了2mm厚的5052铝合金材料和DP780双相钢之间的可靠连接。在18 kA、15次循环和0.3 MPa的优化焊接参数下，IMC形成DP780/Al合金为Fe2Al5和FeAl3，Q235铆钉/Al合金形成的IMC为FeAl3。在18kA的焊接电流下，接头的峰值载荷随着熔核直径的增加而增加。然而，在18kA以上，接头的峰值载荷随着铝HAZ的平均硬度和铝板的承载面积的减小而减小。在14kA的焊接电流下，失效模式表现为界面失效模式；在14至18kA之间，它表现为熔核断裂模式；在18kA以上，表现为铝热影响区断裂模式。