镀锌涂层对超声波点焊焊接特性的影响

多材料结构设计有助于实现汽车轻量化，平衡汽车制造成本和最小化环境影响之间的关系。常见的车用轻质材料包括铝合金、镁合金等。应用这些轻质材料时，常常需要进行异种材料的连接，如汽车钢板与汽车铝合金板件的连接。传统的电阻点焊在实现异种材料连接时，由于异种材料具有不同的力学性能，使焊接处存在较大的残余应力，因此开发出了超声波点焊。该种焊接将高频振动波传递到待焊接板件的结合处，在加压的情况下使待焊接板件表面相互摩擦，形成分子层间的熔合，实现焊接。但是，目前常用的钢板为镀锌钢板，对超声波点焊的研究需要考虑镀锌涂层产生的影响。

通过试验，分析镀锌涂层对超声波点焊焊接特性的影响，选择6111-T4铝合金与两种不同的镀锌钢板进行焊接。两种镀锌钢板分别为热浸处理镀锌层的DX56-Z钢板和扩散处理镀锌层的DX53-ZF钢板。制造厚度1mm、长度100mm和宽度25mm的6111-T4铝合金板件、DX56-Z钢板件和DX53-ZF钢板件。采用丙酮清洗板件表面，去除板件表面污垢，并利用热风进行表面烘干。采用美国三和科技（Sonobond）生产的双头超声波焊接机进行板件焊接以获得试验试样，焊接时设定振动频率为20.5kHz、功率2.5kW。采用美国英斯特朗RT/100试验机对制造的试验试样进行搭接剪切试验，并利用德国卡尔蔡司生产的EVO60 VPSEM电子显微镜，观察搭接剪切试验后断口的微观结构。结果显示，铝合金板件和两种镀锌涂层钢板之间，由于镀锌涂层的原因而形成树枝状共晶结构。搭接剪切试验则表明，6111-T4铝合金与DX56-Z钢焊接试样之间形成Fe2Al（5−x）Znx（0＜x＜1），而6111-T4铝合金与DX53-ZF钢焊接试样之间形成Fe3Zn10和Fe5Zn21，对于后者极易发生脆性断裂，将对超声波点焊的焊接性能产生影响。

刊名：Materials Science and Engineering A（英）

刊期：2016年第678期

作者：Farid Haddadi

编译：王淼