不同镀层板的电阻点焊腐蚀行为

[目的]研究点焊对不同镀层板腐蚀行为的影响。[方法]对镀锌板和镀锌铝镁板进行电阻点焊,采用扫描电镜和能谱仪分析了点焊部位的微观形貌和元素分布。通过中性盐雾试验和电化学阻抗谱测试研究了两种板材点焊前后在相同环境下的腐蚀行为。[结果]点焊镀锌板的焊点边缘存在大量凸起和凹坑,而点焊镀锌铝镁板的焊点边缘无明显的凸起和凹坑。二者的焊点位置Zn元素挥发明显,均有部分基体裸露。无论点焊与否,镀锌板在中性盐雾试验中的耐腐蚀能力都不如镀锌铝镁板。[结论]电阻点焊容易导致镀层局部破损,影响镀层的耐蚀性。

基于改进麻雀搜索算法优化BPNN的电阻点焊质量预测

电阻点焊技术由于具有高效、自动化程度高等焊接特点,被广泛应用于汽车、航空航天和公共交通等制造领域,由于焊点在封闭状态下进行,焊接过程存在诸多影响因素且无法直接检测,因此,准确预测电阻点焊质量是生产过程中必不可少的环节.本文以2219/5A06铝合金为研究对象,在3种不同的装配条件(包括间隙和间距)下进行电阻点焊工艺信号的分析,并进行人工智能建模.为了提高电阻点焊质量评价的性能和效率,本文采用Logistic-Tent(LT)复合映射改进麻雀搜索算法(SSA)对反向传播神经网络(LT-SSA-BPNN)模型进行优化,模型的输入和输出分别为多信号融合后的变量和熔核直径.实验结果表明,与传统的标准反向传播神经网络(BPNN)模型相比,经过LT-SSA-BP模型优化后,预测结果的平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)和均方根误差(RMSE)分别降低了36.17%、17.55%和51.75%.同时,LT-SSA-BP神经网络在添加了不同间隙和间距条件作为训练集后,其预测稳定性明显提高,可以成功预测电阻点焊质量.

Q&P980超高强钢电阻点焊接头的组织性能分析

以1 mm厚的Q&P980钢板为对象,研究了其电阻点焊接头的成形、微观组织及力学性能。结果表明:当焊接电流为12.5 kA,焊接时间为10 cyc,电极压力为0.3 MPa时,点焊试件表面成形良好,无外部飞溅,仅存在轻微的内部飞溅。熔核区微观组织为粗大的板条状马氏体,粗晶、细晶热影响区组织主要为板条状马氏体及少量铁素体,板条状马氏体尺寸小于熔合区,这些区域的硬度均大于母材区的;双相热影响区因存在少量回火马氏体,出现了轻微的软化。焊接件的拉剪失效形式为纽扣断裂,断口可分为启断区、扩展区、瞬断区,启断区发生混合断裂,扩展区和瞬断区发生韧性断裂。

热成型钢电阻点焊热影响区精准建模技术

对于大变形工况,热成型板材电阻点焊热影响区在碰撞中容易失效,结构碰撞仿真分析中需要对热影响区进行精准建模,进而实现整车碰撞性能的高精准预测。针对某热成型钢板1500HS母材的断裂行为进行了研究,设计了不同缺口试样,并进行了材料力学性能实验,基于不同应力状态下的失效应变拟合得到母材MMC断裂曲面并生成平面应力状态下的GISSMO失效曲线。设计了电阻点焊拉伸失效试样,以母材材料性能为基础,基于逆向标定方法得到了热影响区的失效参数。为验证研究结果的准确性,设计了热成型钢板帽型梁落锤实验,帽型梁点焊尺寸为6 mm,焊点间距为30 mm。通过对比分析,电阻点焊热影响区的精准建模方法能够实现冲击加速度和位移的双重精度要求,能够满足结构安全开发工程需求。

基于Ni/Zn中间层的6061铝合金/Q355钢电阻点焊接头组织与性能

【目的】采用预置Ni/Zn中间层的方法进行Q355钢/6061铝合金异种金属的电阻点焊研究。【方法】在不同焊接时间、焊接电流及电极压力下分别对6061铝合金与Q355钢的电阻点焊工艺进行对比分析并获得最优电阻点焊工艺参数,然后采用在铝合金板与钢板之间添加Ni/Zn箔片作为中间层的方法来研究Ni/Zn中间层对铝/钢电阻点焊接头组织与性能的影响,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析及拉伸试验机等方法对含Ni/Zn中间层的铝/钢电阻点焊接头微观组织、元素占比、第二相的变化及抗拉剪力进行了研究。【结果】结果表明,铝/钢点焊接头由铝一侧熔核,钢一侧熔核和结合界面处的金属间化合物组成,具有典型的双熔核特征。通过在6061铝合金与Q355钢的中间分别增加Ni与Zn箔片来阻碍脆硬的Al-Fe金属间化合物的生成量。添加Ni中间层的接头界面区生成了韧性较好的Al3Ni,从而阻碍了硬而脆的Al-Fe金属间化合物的形成。添加Zn中间层的接头界面区生成了一定量的Fe2Al5Zn0.4,使Al-Fe金属间化合物层的厚度减小至2.88μm,最大抗拉剪力达到4.69 kN。【结论】添加Ni/Zn中间层后,铝/钢电阻点焊接头的熔核直径与抗拉剪力均有所提升,同时Ni元素的添加会在铝/钢界面处生成韧性较好的Al3Ni相,从而阻碍了Al-Fe金属间化合物的生成。

胶接电阻点焊TC4钛合金接头的组织性能研究

为了实现钛合金高效高质量焊接,文中以0.8 mm厚TC4钛合金为试验材料,采用电阻点焊、胶接电阻点焊方法进行了对比试验,研究了焊接接头各个区域的组织特征、显微硬度及力学性能。结果表明,胶接电阻点焊TC4钛合金能够获得成形良好的焊接接头,无裂纹及气孔等缺陷;焊缝组织为典型的网篮组织,由大量的α′马氏体相和少量的高温残留β相构成,热影响区为针状α′马氏体交错排布;焊接接头的显微硬度呈驼峰分布,从母材到热影响区逐渐增加,焊缝内部区域的平均硬度约为385HV,均大于母材的(约为360HV),这是由于热循环作用下,焊缝凝固时发生了马氏体转变,β0相向针状α′相转变所致;胶接电阻点焊接头的断裂模式是以点焊接头的纽扣式断裂为主,以胶体的内聚断裂+界面断裂为辅。胶接电阻点焊TC4钛合金能够获得良好的焊缝成形,可在相关工程中推广应用。

基于代理模型和NSGA-Ⅱ的超高强钢电阻点焊工艺参数多目标优化

为寻求超高强钢电阻点焊时最佳的焊接工艺参数,开展正交试验法设计三因素五水平的平板搭接点焊试验,以焊接时间、焊接电流和电极压力为可调的工艺参数,将熔核直径、压痕深度、拉剪强度及飞溅情况作为焊接接头质量评价指标.基于高斯过程回归和BP神经网络建立起焊接工艺参数与焊接接头质量评价指标之间关系的代理模型,训练的结果显示模型精度很高.最后利用带精英策略的非支配排序的遗传算法NSGA-Ⅱ实现多目标优化,得到各评价指标之间的最优pareto解集.经验证,各评价模型的相对误差值都很小.结果表明,该优化方法有较好的预测效果和稳定性.通过使用较少的试验数据,建立优化模型的方法对电阻点焊及其它焊接领域最佳焊接工艺参数的选取具有重要的指导价值.

基于相关性分析和SSA-BP神经网络的铝合金电阻点焊质量预测

基于电阻点焊过程中工艺信号特征,在不同间距、不同间隙和不同间距与间隙3种条件下,引入相关性分析方法分析工艺信号与熔核直径之间的相关性,并建立基于麻雀搜索算法-BP神经网络(sparrow search algorithmback propagation neural network,SSA-BP)的电阻点焊质量预测模型,将功率、焊接电流、焊接电压和动态电阻作为预测模型输入特征.结果表明,经麻雀搜索算法优化后的BP神经网络在测试集上的决定系数R2、均方误差(meansquare error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.95,1.55,1.24和0.90,均优于BP模型.获得了功率、焊接电流、焊接电压和动态电阻与熔核直径的映射关系,可为焊接的工艺参数设计提供依据.

基于非对称电极的镁/钛电阻点焊接头的组织与性能

采用非对称电极对2 mm厚的AZ31B镁合金和TA2钛板进行了电阻点焊,研究了焊接电流和焊接时间对接头熔核直径和抗剪载荷的影响,分析了接头焊接区的微观组织。结果表明:随焊接电流的增大和焊接时间的延长,AZ31B/Ti接头的熔核直径增大,抗剪载荷呈先增大后稍微减小的变化趋势;当焊接时间为180 ms、焊接电流为16 kA和电极压力为3 kN时,接头的抗剪载荷最大,约为5.9 kN;在镁合金侧熔核内的靠近界面处形成了富Al的层状物,其内部形成了较多的结晶裂纹。基于非对称电极电阻点焊的AZ31B/Ti接头的形成过程是熔钎焊过程,熔核内靠近界面处的富Al层是制约接头性能的主要因素。

TiFeCrCoNi高熵合金作为中间层的镁/钛电阻点焊接头的组织性能

以TiFeCoCrNi高熵合金粉末为中间层,对镁/钛异种材料进行电阻点焊,采用扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了接头的组织结构、物相和力学性能,分析了接头的界面反应扩散行为。结果表明:接头依次由镁合金母材、α-Mg+Al_(2)FeCo、FCC+η、Ti_(3)Al+FCC+η和TC4母材组成。镁合金中的Al元素扩散进入高熵合金中间层生成Al_(2)FeCo,钛合金中的Ti、Al元素扩散进入高熵合金中间层生成Ti_(3)Al,且两界面区均由固溶体和化合物的混合组织组成,提高了接头性能。在焊接电流为18.8~24.5 kA、焊接压力为4.06~7.83 kN、焊接时间为6~24 cycles的工艺范围内,接头强度在2.4 kN以上;在焊接压力为5.13 kN、焊接电流为21.7 kA、焊接时间为20 cycles时,接头的拉剪载荷最大,为5.368 kN。

FeCrNiAlCu中间层铝/铜电阻点焊接头的组织性能

采用FeCrNiAlCu高熵合金粉末作为中间层,对2A16铝合金/T2紫铜进行电阻点焊,研究高熵合金粉末对接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:高熵合金粉末与液态铝合金存在元素相互扩散现象,并且反应生成富Al的固溶体过渡层。铜侧界面存在两层相结构组织,分别为富Al的固溶体层以及由Al_(2)Cu化合物组成的金属间化合物层(Intermetallic compound,IMC),部分固溶体颗粒与母材形成机械咬合。在焊接电流大小为20~32 kA时,接头的拉伸强度随焊接电流的增加先增加后减小;电流大小为25 kA时,接头的拉伸强度最高,达到1.64 kN,较无中间层的接头提升了30%;接头的断裂发生在铜侧界面处。

铸铝与挤压铝合金的电阻点焊工艺试验研究

采用电阻点焊工艺对厚度为3mm的铸铝和2mm的5系挤压铝合金进行了连接。对焊后的接头进行了剪切拉伸试验,使用金相显微镜分析其宏观形貌和微观结构,使用扫描电镜对断口进行分析。结果表明:接头主要由4个典型区域组成,分别为母材、热影响区、柱状晶区和等轴晶区。焊核主要向铸铝侧偏移,合适的焊接电流能够降低焊核偏移带来的影响,同时提升接头性能。在压力6k N、焊接电流40k A的条件下,接头平均失效载荷达到最高,为(7.09±0.33)kN。接头断裂行为可分为焊点处和铸铝处断裂两种模式,其中铸铝处断裂为韧性断裂。

基于LOO-PSO-KELM复合算法的微电阻点焊质量预测与工艺优化

【目的】为了提高小样本数据条件下微电阻点焊焊接质量预测的精度和泛化能力,提出了一种基于交叉验证(Leave one out,LOO)与粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)协同优化核极限学习机(Kernel extreme learning machine,KELM)的回归预测方法(LOO-PSO-KELM)。【方法】首先,采用正交试验方法开展电阻点焊工艺试验,建立小样本数据集,并采用留一法交叉验证对数据集进行分类。然后,基于验证数据集的绝对误差和与核极限学习机预测模型,利用粒子群优化算法对核极限学习机的参数进行寻优,获得可靠稳定的预测模型。最后,以选取的焊接工艺参数和LOO-PSO-KELM模型为基础,采用粒子群算法对工艺参数进行优化,获取最优工艺参数。【结果】与传统的PSO-BP神经网络和PSO-KELM算法对比,LOO-PSO-KELM算法在各类标准上表现优异,其预测的熔核直径和拉剪力的均方根误差分别为0.0199和4.4249;基于选取的焊接工艺参数对LOO-PSO-KELM模型进行验证,LOO-PSO-KELM模型预测值与试验验证结果的相对误差均小于3%,与正交试验下的最佳参数比较,拉剪力提高了2%。【结论】与传统方法相比,LOO-PSO-KELM预测模型具有更强的预测性能。在小样本数据集下,体现了较强的泛化性能,所提出的方法在微点焊的锂电池连接中具有良好的应用价值。

DH590冷轧板及镀锌板电阻点焊工艺窗口及点焊一致性的研究

采用电阻点焊对DH590冷轧板及其镀锌板进行工艺窗口和焊点一致性试验,对焊点进行了拉剪试验和十字拉伸试验,分析了点焊接头的显微组织、硬度分布以及断口形貌。结果表明:相比于冷轧板,DH590镀锌板焊接工艺窗口向右移动(增大)约2 kA,同时工艺窗口范围变窄,熔核形成更加充分,发生飞溅时的熔核直径更大。两种点焊接头熔核区组织为板条马氏体,但镀锌板熔核区的平均硬度更高。点焊一致性试验中,熔核直径均达到标准要求,未见明显波动。工艺窗口内的焊点失效模式以拔出断裂为主,从断口观察到大量的剪切韧窝,呈现出塑性断裂的特点。

10Mn5中锰钢电阻点焊接头的显微组织与力学性能

采用不同焊接工艺参数对2 mm厚10Mn5中锰钢板进行电阻点焊试验,以确定可焊性窗口,检测了接头的微观组织与力学性能。结果表明:在360 ms的焊接时间内,该钢种的可焊性工艺窗口宽度为1.5 kA。接头熔核区组织为马氏体,热影响区组织为铁素体、奥氏体和马氏体,母材为铁素体和奥氏体;熔核区平均硬度约390 HV0.2,母材硬度约225 HV0.2,热影响区硬度由近熔核侧至近母材侧逐渐降低;飞溅前接头最大拉剪力和正拉力分别为26.6和9.2 kN,失效模式均为界面断裂;接头拉剪试验时为脆性韧性-断裂,十字拉伸试验时则以脆性断裂为主。

添加高熵合金粉末AZ31B镁合金/304不锈钢电阻点焊接头组织和力学性能

以FeCoNiCrMn高熵合金为中间层,获得高质量的AZ31B/不锈钢电阻点焊接头。分析过渡区与两侧母材的反应扩散行为,检测接头性能并优化焊接工艺。结果表明:包含FeCoNiCrMn颗粒的过渡区成功连接镁、钢两母材。镁合金侧界面主要是颗粒周围反应生成的Fe4Al13金属间化合物;而不锈钢侧边界主要由(Fe,Ni)固溶体和Fe4Al13金属间化合物两部分组成。拉剪载荷F随焊接电流I和焊接压力P的增加,焊接时间t的延长,呈现出先升高后降低的趋势,在18.2~22.5 kA,15~35周波,2.0~10.6 kN的实验工艺范围内,添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷在3.2 kN以上,最大拉剪载荷为5.605 kN,相比未添加高熵合金镁/钢点焊接头拉剪载荷提高了397%。高熵合金过渡层形成了大量(Fe,Ni)固溶体,减少Fe4Al13脆性金属间化合物的生成,有效提高了接头的力学性能。

AA7075-T6铝合金电阻点焊工艺参数优化研究

轻量化结构设计在保证了结构强度的前提下降低了整车质量,减少了能量消耗,成为汽车工业和航空航天的研究重点。本工作通过建立正交实验获取AA7075-T6铝合金的最佳焊接工艺参数。对接头进行拉伸剪切实验、金相观察和显微硬度测试,并对最优参数组合进行数值模拟,以研究焊接工艺参数对接头质量的影响。结果表明:当焊接时间为60 ms、焊接电流为17 kA、电极压力为0.22 MPa时,点焊接头的综合力学性能最好;焊接参数对电阻点焊接头力学性能的影响顺序为焊接时间>焊接电流>电极压力。焊接过程数值模拟得到的熔核尺寸与实验结果一致。焊接过程发生飞溅和熔核存在缩孔缺陷,导致接头的力学性能较差,失效模式为界面断裂。由于焊接过程接头显微组织发生变化,接头显微硬度变化呈“W”形。

H340LAD+Z电阻点焊接头疲劳性能研究

开展了H340LAD+Z(1.2 mm)-H340LAD+Z(1.2 mm)点焊十字接头和点焊剥离接头疲劳性能及失效模式的研究工作。研究发现,点焊十字接头拉伸试验的最大力为9.0 kN,点焊剥离接头拉伸试验的最大力为1.9 kN,点焊接头硬度最大值为348 HV 1,位于熔核区内,点焊十字接头和点焊剥离接头的最大力-疲劳寿命曲线在双对数坐标轴下呈线性关系,且点焊十字接头的疲劳性能优于点焊剥离接头的疲劳性能。最后观察了点焊十字接头和点焊剥离接头的疲劳失效模式及疲劳断口形貌特征,2种接头的失效模式略有差别,疲劳断口形貌均由裂纹源和扩展区组成。

Ni中间层对6061T6铝合金板/08Al异种金属电阻点焊接头的力学性能及组织的影响

通过在钢板上添加Ni中间层,成功实现了6061T6铝合金板与08Al钢板的可靠连接,显著提高了铝/钢点焊接头的力学性能。研究结果显示,采用预制Ni中间层工艺可控制Ni中间层在钢板上的厚度与分布,减少Al-Fe脆性金属间化合物的形成;相较于直接添加Ni箔中间层,预制Ni中间层工艺能有效增大焊核直径;钢板上激光熔覆Ni层的铝/钢电阻点焊接头最大拉剪力较高,比无中间层的接头最大拉剪力增大了35.5%。

航空发动机蜂窝薄壁与基板间类T型结构件电阻点焊定位工艺研究

针对1:50超大厚度比下航空发动机GH3536蜂窝和K423A基板T型结构连接时的定位焊难题,采用功率55 kVA、频率4 kHz的逆变电阻点焊机,通过设计纯铜编织线包覆纯铜块(蜂窝侧)/铬锆铜圆柱(基板侧)异构电极,增大定位点焊有效导电面积,抑制电流集肤效应。结果显示,在最佳焊接工艺参数I=1.75 kA、t=65 ms、F=27 N条件下,能够实现蜂窝与基板的冶金连接,且蜂窝表面平整度高,蜂窝芯壁未发生弯曲。SEM、EDS微观组织分析结果表明,最佳定位点焊接头界面处Ni、Ti、Cr元素含量变化较为明显,熔合界面层厚度约为3μm,其中Mo元素含量先下降再增加,并在焊接区形成了含Mo的M6C和M23C6碳化物,这些化合物在高温条件下具有较高的强度,能够满足蜂窝/基板连接时的优质定位需求。