基于高功率超声波焊接的汽车铝合金板件力学性能分析

实现汽车轻量化能够改善汽车燃油消耗，因而成为汽车行业发展的重要方向，而通过采用新型轻质材料能够实现汽车的轻量化。常用的轻质材料包括铝合金、镁合金、碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料等。考虑成本、拉伸强度等因素，应用最广泛的轻质材料为铝合金材料。在进行铝合金板件焊接时，由于其膨胀系数较大，因而采用传统的电阻点焊可能会造成焊接处的连接脆性较大、焊接不稳定。而开发出的搅拌摩擦焊在实现铝合金板件的焊接时，所需要的循环时间较长、能源消耗较大。对此，又开发出了一种铝合金板件的焊接方式，即高功率超声波焊接。

高功率超声波焊接利用高频振动波传递到2个需要焊接的物体表面，在加压的情况下，使2个物体表面相互摩擦形成分子层间的接合，实现焊接。将高功率超声波焊接应用在汽车行业中，需要对其焊接处的力学性能进行验证。验证通过试验进行，试验选择厚度为0.92mm的6111T4铝合金材料，将其制造为尺寸25mm×100mm的铝合金板件。采用美国三和科技生产的2.5kW MH2016超声波焊接系统进行焊接，设定运行频率20.5kHz、焊接时间0.62s、焊接压力1.4kN。使用电子背散射衍射（EBSD）方法对高功率超声波焊接区域内动态再结晶和晶粒生长过程进行观测，并利用K形热电偶对焊接区域的温度进行检测，利用万能试验机对焊接试样的拉伸强度进行测量。结果显示：①焊接区域内结晶的数量，随着焊接时间的增加而增加，相应焊接强度也随之增加；②焊接过程中，焊接区域的最高温度为440℃；③焊接试样承受的极限拉伸力为2.9kN。

刊名：Materials Characterization（英）

刊期：2016年第118期

作者：Farid Haddadi

编译：王淼