[發明專利]一種鋁鋼異種金屬的焊接接頭

在審

• 申請號: 202110586941.8
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113199163A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李銘鋒;楊上陸
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K103/20
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種鋁鋼異種金屬的焊接接頭，通過改變鋁鋼異種金屬的點焊縫的焊縫結構，在點焊縫內部的鋁鋼界面制造出鋼凸結構，使鋼凸結構由鋼工件向鋁工件方向凸起延伸而嵌入到鋁工件中，同時對接頭加熱以獲得冶金結合的鋁鋼界面，在焊接接頭中的鋼凸結構外圍區域，采用熔化焊方法由鋼工件向鋁工件制造出環繞鋼凸結構的環形焊縫，該環形焊縫一方面加強了點焊焊縫外圍的連接強度，另一方面與鋼凸結構相互配合形成獨特的焊接接頭結構。本發明通過了優化點焊縫的接頭結構，進而提升鋁鋼異種金屬點焊縫整體的力學性能。

技術領域

本發明屬于異種金屬材料焊接技術領域，具體涉及一種鋁鋼異種金屬的焊接接頭。

背景技術

為了實現節能減排的效果，汽車工業提出了汽車輕量化發展理念，因而在汽車結構設計時在保證結車身安全的前提下優化車身結構和選用更多的高強鋼和輕質合金制造汽車車身，其中鋁合金作為應用最廣泛的輕質合金，在汽車車身制造中也越來越受歡迎。目前，鋁鋼混合車身是汽車制造的一個重要發展方向，這種車身在制造時采用大量的各種類型的鋼以及鋁合金來兼顧車身結構的安全性能和車身的輕量化，因此在鋁鋼混合的汽車車身制造中不可避免的面臨鋁鋼異種金屬連接問題。由于鋁鋼異種采用焊接技術連接時存在巨大的挑戰，由于鋁鋼異種金屬焊接接頭太脆而通常無法承受較大的載荷，因此鋁鋼異種金屬在目前通常采用機械連接技術進行連接，比如自沖鉚接和流轉螺釘等，但是機械連接也存在其局限性，比如鉚接技術中高昂的連接設備、鉚釘對車身的增重、鉚釘成本高、連接工藝的復雜性和低效率等，此外，隨著先進高強鋼應用逐漸增加，對先進高強鋼的機械連接也提出了新的挑戰，比如鉚釘無法穿刺高強鋼工件、無法有效張開形成機械嵌合或鉚釘墩粗等連接失效問題。然而對于焊接技術，其本身連接成本和設備成本低，效率高，若能采用焊接技術實現鋁鋼異種金屬連接對實現汽車輕量化發展具有深遠的意義。

到目前為止鋁鋼異種金屬連接面臨著巨大的挑戰仍然無法得到有效地解決，因此限制了焊接技術在鋁鋼異種金屬連接中的應用。由于鋁鋼異種金屬存在巨大差異的物理性質，比如熔點、膨脹系數和凝固收縮率等，在大的熱輸入的熔化焊中，同時熔化鋁和鋼兩種金屬而獲得的接頭，這種接頭一方面容易出現工件變形大和焊縫凝固過程中產生大的應力而易于形成裂紋，另一方面，由于鋁鋼冶金相容性差而在焊縫中無法形成固溶體，導致大量脆性Fe-Al系化合物形成于焊縫之中導致接頭性能極差；若采用較低的熱輸入，只熔化鋁工件而鋼工件不熔化的策略焊接，即熔釬焊方法，在較低的熱輸入下熔化鋁合金，通過熔融的鋁金屬后潤濕鋪展到還處在固態的鋼工件表面，在高溫作用下通過元素的相互擴散形成冶金結合。這種接頭一方面焊縫結合界面通常比較平直，另外在界面上會形成連續的Fe-Al系脆性化合物層處在鋁和鋼之間，這導致了鋁鋼接頭強度非常差。

為了提高鋁鋼異種金屬的接頭力學性能，目前現有的大量的實驗研究工作通過優化不同焊接方法的工藝參數，旨在通過精準控制焊接熱輸入來減緩接頭產生裂紋和脆性化合物等缺陷產生，然而鋁鋼異種金屬焊接的挑戰通過優化焊接工藝方法當前依舊無法得到有效的解決。另外，在鋁鋼異種金屬接頭中添加金屬夾層或填充金屬，旨在減緩或阻止Fe-Al系脆性化合物的形成而提高接頭性能，但是添加金屬元素是及其復雜的工藝，不同的元素成分和含量對接頭的影響機理仍需深入探索，因此當前鋁鋼異種金屬焊接的巨大挑戰限制了鋁鋼異種金屬焊接接頭的應用。

發明內容

本發明技術解決問題：為了克服現有鋁鋼異種金屬焊接技術的不足，提供了一種鋁鋼異種金屬的焊接接頭，通過優化鋁鋼異種的焊接接頭的點焊縫結構，從而達到提升接頭的力學性能。