將鋁引入鋼制車身是生產(chǎn)輕型汽車的重要措施。電阻點(diǎn)焊（RSW）是一種熔焊工藝，由于其快速、高效、廉價(jià)、易于機(jī)械化和自動(dòng)化，以及產(chǎn)生良好的焊接表面質(zhì)量，因此廣泛用于汽車車身焊接組件和汽車零件的生產(chǎn)。盡管RSW在汽車制造質(zhì)量中起著至關(guān)重要的作用，但其在鋁合金和鋼的連接中的應(yīng)用具有挑戰(zhàn)性，并存在兩個(gè)難題：（1）鋁合金和鋼材差異較大的熱物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、導(dǎo)熱率和線膨脹系數(shù)，是焊接后接頭上顯著應(yīng)力的來源，增加了接頭的開裂敏感性；（2）在電阻引起的熱量影響下，鋁合金和鋼在點(diǎn)焊界面形成一系列金屬間化合物（IMC），使后者極為脆弱。

相比之下，電阻元件焊接（REW）工藝將接頭的主要承載部分轉(zhuǎn)換為相同材料的連接，有效地避免了容易發(fā)生不同金屬直接RSW的硬脆相問題。支承區(qū)域變成由鋼鉚釘和鋼板形成的熔核，從而改善接頭的機(jī)械性能。這使得REW工藝成為輕質(zhì)材料的異種金屬連接的合適方法。

來自湖北工業(yè)大學(xué)的研究人員采用帶隱蔽鉚釘蓋（Q235）的電阻元件焊連接了DP780雙相鋼和5052鋁合金。使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察了宏觀形貌和微觀結(jié)構(gòu)。還測試了接頭的機(jī)械性能。結(jié)果表明，在Q235/Al界面形成的金屬間化合物（IMC）為FeAl3，而在DP780/Al界面形成的IMC為Fe2Al5和FeAl3。埋頭鉚釘REW接頭在拉伸剪切力作用下的斷裂模型有三種：界面斷裂模型、熔合拉拔斷裂模型和熱影響區(qū)斷裂模型。在18kA的焊接電流下，觀察到熔核拔出失效模式，并獲得了接頭的最佳力學(xué)性能。接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)5712 N。

相關(guān)成果以題為Microstructural and mechanical characterization of steel-DP780/Al-5052 joints formed using resistance element welding with concealed rivet cover發(fā)表在Composites and Advanced Materials期刊上。

圖1 電阻元件焊接（REW）工藝示意圖

圖2 接頭的光學(xué)電鏡圖

圖3 接頭的SEM顯微組織

圖4 接頭的顯微硬度分布

圖5 接頭的力-加載曲線

總的來說，本文采用埋頭鉚釘?shù)腞EW工藝實(shí)現(xiàn)了2mm厚的5052鋁合金材料和DP780雙相鋼之間的可靠連接。在18 kA、15次循環(huán)和0.3 MPa的優(yōu)化焊接參數(shù)下，IMC形成DP780/Al合金為Fe2Al5和FeAl3，Q235鉚釘/Al合金形成的IMC為FeAl3。在18kA的焊接電流下，接頭的峰值載荷隨著熔核直徑的增加而增加。然而，在18kA以上，接頭的峰值載荷隨著鋁HAZ的平均硬度和鋁板的承載面積的減小而減小。在14kA的焊接電流下，失效模式表現(xiàn)為界面失效模式；在14至18kA之間，它表現(xiàn)為熔核斷裂模式；在18kA以上，表現(xiàn)為鋁熱影響區(qū)斷裂模式。