CN116493722B - 一种添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，采用搭接的方式进行电阻点焊，在搭接区域的两块7075‑T6铝合金板之间添加纯锌片作为电阻点焊时的中间层。与现有技术中铝合金电阻点焊方法形成的焊接接头相比，本发明添加中间层纯锌片的铝合金板的电阻点焊方法形成的焊接接头其塑韧性、拉剪力和成型性都有显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金电阻点焊技术领域。具体地说是一种添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法。
背景技术
近年来，能源和污染问题已经被各国广泛关注，这使得各种交通工具不断进行着轻量化改善，其中使用超高强度铝合金材料代替传统钢材是轻量化发展的重要方法之一。但由于铝合金的特殊物理化学性质，使得铝合金的点焊工艺设计和接头质量的控制较为困难，限制了超高强铝合金在轻量化发展上的应用。
电阻点焊具有易于实现自动化，生产效率高，焊接变形小等优点，且在航空航天及汽车制造领域应用电阻点焊还能减轻结构质量，因此对超高强铝合金电阻点焊连接技术的研究具有重要的应用价值。樊文飞等人对7075铝合金进行了电阻点焊试验，接头最大拉剪力为4.38kN，为准解理脆性断裂，熔核中元素分布不均匀，存在枝晶偏析。吴赛楠等人对AA5754铝合金进行电阻点焊，结果表明，点焊接头存在飞溅、孔洞及裂纹等缺陷，严重影响点焊接头的性能。
上述研究表明，直接进行铝合金的电阻点焊，点焊接头的焊接质量不高，存在较多的缺陷；且在焊接过程中由于热输入较大，不可避免的导致低熔点的Mg、Zn元素的烧损，使强化相数量减少，降低接头性能。因此，有必要设计一种能够提升铝合金电阻点焊接头性能的铝合金板的电阻点焊方法。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，该电阻点焊方法能够改善铝合金焊接接头塑韧性、增加焊接接头拉剪力。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，采用搭接的方式进行电阻点焊，在搭接区域的两块7075-T6铝合金板之间添加纯锌片作为电阻点焊时的中间层。该方法适用于7075-T6铝合金板，对其他铝合金板的焊接接头的性能提升不明显。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，纯锌片的纯度大于或等于99.9wt%。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，纯锌片的厚度为0.02～0.5mm。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，7075-T6铝合金板的厚度为0.1～4mm。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，纯锌片与7075-T6铝合金板搭接的长度和宽度均大于或等于25mm。焊接区域的搭接面积大于或等于25mm2是为了保证焊接区域被中间层全覆盖，如果搭接面积低于25mm2，则在装配过程中中间层不容易恰好处于焊点中央，对接头难以起到理想的强化作用。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，焊接电流为29KA～33KA。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，焊接时间为5cyc～30cyc。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，电极压力为4.5kN～8.5kN。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，纯锌片的纯度大于99.9wt%，纯锌片的厚度为0.05mm，7075-T6铝合金板的厚度为3mm，纯锌片与7075-T6铝合金板搭接的长度和宽度均为25mm；焊接电流为32KA，焊接时间为20cyc，电极压力为5.5kN。
上述添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，电阻点焊前，先用钢丝刷除去7075-T6铝合金板表面的氧化膜，然后用丙酮擦拭去除7075-T6铝合金板表面油污，最后用无水乙醇擦拭干净晾干备用。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、与现有技术中铝合金电阻点焊方法形成的焊接接头相比，本发明添加中间层纯锌片的7075-T6铝合金板的电阻点焊方法形成的焊接接头其塑韧性、拉剪力和成型性都有显著提升。
2、中间层纯锌片的加入，改变了7075-T6铝合金板两板之间的接触电阻，低熔点锌片最先熔化，形成液态薄膜，填充两板间隙，使板材间紧密接合，减少了焊接时的飞溅及裂纹产生，提升焊点强度。
3、中间层纯锌片的加入使熔核中心烧损的锌元素得到了补充，进而使得7075-T6铝合金的焊接接头中强化相数量增加，改善了熔核中心元素分布不均匀和枝晶偏析的现象，细化晶粒，使其具有良好的综合性能；且其断裂方式由结合面断裂转变为凸台断裂。
4、采用本发明的添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法对厚度为3mm的7075-T6铝合金板进行电阻点焊，当中间层纯锌片厚度为0.05mm，焊接电流为32KA、焊接时间为20cyc、电极压力为5.5kN条件下拉剪力达到最大值为14.29kN，较之未添加锌片提升了51.5%。
附图说明
图1-1a本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为27KA下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-1b本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为29KA下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-1c本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为31KA下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-2本发明实施例中7075-T6铝合金在不同焊接电流下的焊点直径图；
图1-3a本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为27KA下焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图1-3b本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为29KA下焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图1-3c本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为31KA下焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图1-4a本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为27KA下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-4b本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为29KA下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-4c本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接电流为31KA下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-5本发明实施例中7075-T6铝合金在不同焊接电流下的熔核直径图；
图1-6本发明实施例中7075-T6铝合金焊接电流对点焊接头拉剪力的影响曲线图；
图1-7a本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接时间为10cyc下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-7b本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接时间为20cyc下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-7c本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接时间为30cyc下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-8本发明实施例中7075-T6铝合金在不同焊接时间下的焊点直径图；
图1-9a本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接时间为10cyc下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-9b本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接时间为20cyc下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-9c本发明实施例中7075-T6铝合金在焊接时间为30cyc下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-10本发明实施例中7075-T6铝合金在不同焊接时间下的熔核直径图；
图1-11本发明实施例中7075-T6铝合金焊接时间对点焊接头拉剪力的影响曲线图；
图1-12a本发明实施例中7075-T6铝合金在电极压力为4.5kN下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-12b本发明实施例中7075-T6铝合金在电极压力为5.5kN下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-12c本发明实施例中7075-T6铝合金在电极压力为6.5kN下焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图1-13本发明实施例中7075-T6铝合金在不同电极压力下点焊接头的焊点直径图；
图1-14a本发明实施例中7075-T6铝合金在电极压力为4.5kN下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-14b本发明实施例中7075-T6铝合金在电极压力为5.5kN下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-14c本发明实施例中7075-T6铝合金在电极压力为6.5kN下焊接形成的点焊接头横截面宏观形貌图；
图1-15本发明实施例中7075-T6铝合金在不同电极压力下的熔核直径图；
图1-16本发明实施例中7075-T6铝合金电极压力对点焊接头拉剪力的影响曲线图；
图1-17a和图1-17b分别为本发明实施例中7075-T6铝合金的点焊接头两张显微组织图；
图2-1本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流对点焊接头拉剪力及熔核尺寸的影响曲线图；
图2-2a本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流为31KA时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-2b本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流为32KA时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-2c本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流为33KA时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-3a本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流为31KA时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-3b本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流为32KA时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-3c本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接电流为33KA时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-4本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，不同焊接时间对点焊接头拉剪力和熔核尺寸的影响曲线图；
图2-5a本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接时间为10cyc时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-5b本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接时间为20cyc时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-5c本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接时间为30cyc时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-6a本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接时间为10cyc时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-6b本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接时间为20cyc时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-6c本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，焊接时间为30cyc时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-7为本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，不同锌片厚度对点焊接头拉剪力及熔核尺寸的影响曲线图；
图2-8a本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，锌片厚度为0.05mm时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-8b本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，锌片厚度为0.08mm时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-8c本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，锌片厚度为0.10mm时焊接形成的点焊接头的表面形貌图；
图2-9a本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，锌片厚度为0.05mm时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-9b本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，锌片厚度为0.08mm时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-9c本发明实施例中7075-T6铝合金在两板间搭接区域添加锌中间层后，锌片厚度为0.10mm时焊接形成的点焊接头的断口形貌图；
图2-10a和图2-10b为本发明实施例中7075-T6铝合金添加中间层锌后的点焊接头两张微观形貌图；
图2-11a和图2-11b分别为实施例中7075-T6铝合金点焊电流为29KA时直接电阻点焊以及在点焊电流为32KA时添加中间层锌电阻点焊的接头熔核中心组织图；
图2-12本发明7075-T6铝合金点焊接头的XRD图；
图3本发明实施例中7075-T6铝合金点焊电流为29KA时直接电阻点焊的点焊接头的BSE图；
图4本发明实施例中7075-T6铝合金点焊电流为32KA时添加中间层锌电阻点焊的点焊接头的BSE图。
具体实施方式
本实施例焊接时所用设备为DN-200中频直流电阻点焊机，最大输出功率为200KVA，采用端面为8mm的球面Cr-Zr-Cu电极，7075-T6铝合金板材厚度为3mm，切割尺寸为70mm×25mm。电阻点焊前，先用钢丝刷除去7075-T6铝合金板表面的氧化膜，然后用丙酮擦拭去除7075-T6铝合金板表面油污，最后用无水乙醇擦拭干净晾干备用。
采用单一变量法研究7075-T6铝合金直接电阻点焊对焊接接头组织与性能的影响
在保持焊接时间为20cyc、电极压力为5.5kN的条件下，研究焊接电流从23KA-31KA变化时对焊接接头组织与性能的影响
图1-1a至图1-1c为不同焊接电流下的点焊接头宏观形貌。图1-1a的焊接电流27KA，图1-1b的焊接电流29KA，图1-1c的焊接电流31KA；从图中可以看出，随着焊接电流的增大，焊点直径逐渐增大，结合图1-2不同焊接电流下的焊点直径图可知，在焊接电流为27KA时，焊点直径为9.38mm，当焊接电流增大到29KA时，焊点直径增大到9.73mm，当焊接电流增大到31KA时，焊点直径达到10.55mm。由此可见，随着焊接热输入的增大，点焊接头熔化区域增大，在电极压力的作用下焊点逐渐向外扩展。
图1-3a至图1-3c为不同焊接电流下的点焊接头断口形貌。如图1-3a所示，在焊接电流为27KA时，由于热输入较小，接头断面处成型良好，无飞溅产生，塑性环明显，大大降低了外界因素对熔核质量的影响。随着焊接电流的增大，如图1-3c所示，在焊接电流为31KA时，熔核区热量大大增加，铝合金迅速熔化膨胀，由于电流和电极压力不匹配，导致熔融金属冲破塑性环产生飞溅，飞溅的产生会导致熔核凝固收缩时导致内部金属不足而产生缩孔和裂纹，严重影响接头的性能。
图1-4a至图1-4c为不同焊接电流下点焊接头横截面宏观形貌。从图中可以明显看出，随着焊接电流的增大，熔核直径逐渐增大，熔核形状也发生较大变化：由图1-4a所示，在焊接电流为27KA时，点焊接头横截面呈较为尖锐的椭圆形，由图1-4b所示，在焊接电流为29KA时，点焊接头横截面变为较为圆润的椭圆形；由图1-4c所示，在焊接电流为31KA时，点焊接头横截面转变为上下端面向内部凹陷的椭圆形，即，随着焊接电流的增大，熔核高度呈现先增加后下降趋势。熔核中心存在不同程度的缩孔缺陷，从图中可以看出，随着焊接电流的增大，缩孔的数量及尺寸增大明显，这与上述所说的由于焊接电流的增大导致飞溅发生相匹配。
图1-5为不同焊接电流下的熔核直径图。如图1-5所示，随着焊接电流的增加，熔核直径逐渐增大。由27KA时的8.35mm增加到31KA时的9.78mm，这是因为焊接电流增加导致熔核中心的热输入量增加，在其他参数不变的情况下，铝合金的熔化量增加。结合图1-6焊接电流与拉剪力关系图可知，并不是熔核直径越大拉剪力越大，在23-29KA时，随着焊接电流的增加，熔核直径和拉剪力的关系成正比，在30-32KA时，熔核直径和拉剪力的关系成反比，这是因为焊接电流过大，导致飞溅严重，熔核中心缩孔和裂纹缺陷较多，力学性能降低。
表1-1为不同焊接电流下的熔核直径及拉剪力
通过上述焊接电流对接头组织和性能的研究可知，在此试验条件下，焊接电流为29KA时，点焊接头的形貌及力学性能较好。
在保持焊接电流为29KA、电极压力为5.5kN的条件下，研究焊接时间从5-40cyc变化对接头组织与性能的影响
图1-7a至图1-7c为不同焊接时间下的点焊接头宏观形貌。图1-7a的焊接时间10cyc，图1-7b的焊接时间20cyc，图1-7c的焊接时间30cyc；从图中可以看出，随着焊接时间的延长，焊点直径显著增大，结合图1-8不同焊接时间下的焊点直径图可知，在焊接时间为10cyc时，焊点直径为8.62mm，当焊接时间增大到20cyc时，焊点直径增大到11.25mm，当焊接时间增大到30cyc时，焊点直径达到12.86mm。由此可见，随着焊接时间的延长，热输入增加，点焊接头熔化区域增大，电极压力作用在焊点的时间延长，焊点向外扩展明显。如图1-7c所示，由于焊接时间过长，电极压力的作用时间也越长，焊点在电极水冷条件下快速冷却，出现了粘电极的情况，焊点形貌质量较差。
图1-9a至图1-9c为不同焊接时间下点焊接头横截面宏观形貌。从图中可以明显看出，随着焊接时间的延长，熔核直径逐渐增大。结合图1-10可知，熔核直径由10cyc的7.77mm变为20cyc的8.89mm，到30cyc的9.36mm，熔核高度呈现先增加后下降趋势。随着焊接时间的延长，电极压力的作用时间也延长，在电极压力的作用下，熔核中的缩孔尺寸有所减小。结合图1-11可知，随着焊接时间的延长，熔核的拉剪力也呈现先增大后减小的趋势。在焊接时间为5-20cyc时，随着时间的延长，熔核直径逐渐增大，焊点的承载面积有所增加，拉剪力也随之增大。在焊接时间为20-30cyc时，由于焊接时间的延长，热输入增加，焊点表面和内部均出现不同程度的飞溅，熔核中液态金属体积减少，缺陷导致力学性能下降。
表1-2为不同焊接时间下的熔核直径及拉剪力
通过上述焊接时间对接头组织和性能的研究可知，在此试验条件下，焊接时间为20cyc时，点焊接头的形貌及力学性能较好。
在保持焊接电流为29KA、焊接时间为20cyc的条件下，研究电极压力从4.5-8.5kN变化对接头组织与性能的影响
图1-12a至图1-12c为不同电极压力下的点焊接头宏观形貌。图1-12a的电极压力4.5kN，图1-12b的电极压力5.5kN，图1-12c的电极压力6.5kN；从图中可以看出，随着电极压力的增大，焊点表面形貌质量提升，焊点直径呈减小趋势。结合图1-13不同电极压力下的焊点直径图可知，在电极压力为4.5kN时，焊点直径为10.3mm，当电极压力增大到6.5kN时，焊点直径为8.92mm。由此可见，随着电极压力的增大，铝合金搭接板材间的接触面积增大，从而导致接触电阻降低，根据公式Q=I2Rt可知，点焊接头的热输入量减少，因此熔化区域减小。如图1-12a所示，由于电极压力过小，两板间的接触面积较小导致接触电阻增大，使点焊接头的热输入增加，在其它参数不变的情况下，更多的金属熔化，由于塑性环的扩展速度跟不上铝合金的熔化速度，导致液态金属冲出塑性环造成表面及内部飞溅，使焊点直径较大。如图1-12c所示，增大电极压力后，两板间紧密接触，接触电阻降低，热输入减少，因此焊点直径减小，但较大的电极压力会造成内部飞溅的产生，会降低熔核高度和产生缺陷。
图1-14a至图1-14c为不同电极压力下点焊接头横截面宏观形貌。从图中可以看出，电极压力与焊接参数不匹配就会导致点焊接头缺陷的产生。如图1-14a所示，由于电极压力过小导致外部及内部的飞溅产生，使熔核的液态金属在凝固收缩时体积不足导致缩孔的产生，同时由于电极压力过小，还会导致点焊接头组织不致密，存在较多裂纹缺陷。而电极压力过大，如图1-14c所示，也会导致由于过大的压力使塑性环不能约束住熔融金属，从而导致飞溅的产生。结合图1-15可知，随着电极压力的增大，由于点焊接头的热输入减少，熔核直径逐渐减小。结合图1-16可知，随着电极压力的增大，熔核的拉剪力呈先增大后减小的趋势。
表1-3为不同电极压力下的熔核直径及拉剪力
通过上述电极压力对接头组织和性能的研究可知，在此试验条件下电极压力为5.5kN时，点焊接头的形貌及力学性能较好。
综上所述，在焊接电流为29KA，焊接时间为20cyc，电极压力为5.5kN时，点焊接头的力学性能较好，宏观缺陷相对较少。其他厚度板材点焊接头的性能变化趋势与3mm板材相同，在此仅对3mm厚度板材点焊接头进行详细说明。
但直接电阻点焊的力学性能相对于钢来说还较低，原因在于铝合金的特殊物理化学性质，如图1-17a和图1-17b所示，虽然宏观缺陷相对较少，但微观状态下仍然存在较多的微小缩孔和裂纹，缩孔和裂纹处会在拉伸时造成应力集中，最终导致开裂。
采用单一变量法，研究添加锌中间层后，焊接电流、焊接时间、中间层锌片厚度对7075-T6铝合金电阻点焊接头组织与性能的影响
本实施例中，中间层锌片的纯度大于99.9wt%，纯锌片与7075-T6铝合金板的搭接长度和宽度均为25mm，在前期实验中，经测试，当搭接长度为25mm时，得到的电阻点焊接头的组织和性能较为优良，且锌片消耗最小。
在保持焊接时间为20cyc、电极压力为5.5kN、锌厚度为0.05mm的条件下，研究焊接电流从29KA-33KA变化对接头组织与性能的影响
由于添加了中间层锌，搭接点焊的板厚增加，同时也改变了板材间的接触电阻，所以试验电流从29KA开始增加。图2-1为拉剪力和熔核直径随焊接电流的变化图，如图，拉剪力和熔核直径的变化规律同直接电阻点焊，拉剪力呈先上升后下降趋势，熔核直径随着焊接电流的增大而增大。
表2-1为不同焊接电流下的熔核直径及拉剪力
由表2-1与表1-1对比可知，相同焊接电流下（29KA），夹锌电阻点焊的熔核直径小于直接电阻点焊，但拉剪力却高于直接电阻点焊，比直接电阻点焊提升23.97%。继续增大焊接电流，点焊接头的热输入量增加，拉剪力继续增大，直到焊接电流为32KA时拉剪力达到峰值为14.29kN，相比于直接电阻点焊强度提升了51.5%。继续增大焊接电流，由于热输入过大，导致接头飞溅严重，力学性能开始降低。
图2-2a至图2-2c为点焊接头的宏观形貌。图2-3a至图2-3c为点焊接头的断口形貌。如图2-3a（焊接电流31KA）、图2-3b（焊接电流32KA）和图2-3c（焊接电流33KA）所示，随着焊接电流的增大，点焊接头的断裂形式发生改变，由结合面断裂变为凸台断裂后变为部分凸台断裂，在32KA时接头成型良好，界面处飞溅较少。
在保持焊接电流为32KA、电极压力为5.5kN、锌片厚度为0.05mm的条件下，研究焊接时间从10-30cyc变化对接头组织与性能的影响
图2-4为拉剪力和熔核直径随焊接时间的变化图。改变焊接时间同改变焊接电流作用相似，都是改变点焊接头的热输入，所以变化规律同上。
表2-2为不同焊接时间下的熔核直径及拉剪力
由表2-2所示，随着焊接时间的增加，点焊接头的热输入增加，在焊接时间为20cyc时，拉剪力达到峰值14.29kN。
图2-5a至图2-5c为点焊接头的焊点形貌。如图2-5a（焊接时间10cyc）、如图2-5b（焊接时间20cyc）和如图2-5c（焊接时间30cyc）所示，随着焊接时间的延长，焊点直径增大明显。如图2-5c所示，由于焊接时间过长，焊点表面有飞溅产生，表面成型不好，粘损电极严重。
图2-6a至图2-6c为点焊接头的断口形貌。如图所示，随着焊接时间的延长，接头的断裂形式由结合面断裂转变为凸台断裂，在焊接时间为20cyc时，接头成型良好，界面处飞溅较小。
在保持焊接电流为32KA、焊接时间为20cyc、电极压力为5.5kN的条件下，研究中间层锌片厚度从0.02-0.5mm变化对接头组织与性能的影响
图2-7为拉剪力和熔核直径随中间层锌片厚度改变的变化图。如图所示，随着中间层厚度的增加，拉剪力和熔核直径都呈现先增加后减小的趋势，改变中间层锌片的厚度，相当于增大板厚，所以厚度超过0.05mm时，由于热输入不足导致接头强度有所下降，在此只对0.02-0.1mm的数据进行详细说明，但相比于直接电阻点焊，即便锌片厚度达到0.5mm时，其拉剪力仍提升10%以上。
表2-3为不同中间层锌厚度下的熔核直径及拉剪力
如表2-3所示，在中间层锌片厚度为0.05mm时拉剪力达到峰值14.29kN。
图2-8a至图2-8c为点焊接头的焊点形貌。图2-9a至图2-9c为点焊接头的断口形貌。如图2-9a（中间层锌片厚度0.02mm）、图2-9b（中间层锌片厚度0.05mm）和图2-9c（中间层锌片厚度0.08mm）所示，随着中间层厚度的增加，接头的断裂形式由结合面断裂转变为凸台断裂，后因热输入不足又转变为结合面断裂。
综上所述，在焊接电流为32KA，焊接时间为20cyc，电极压力为5.5kN，中间层锌片厚度为0.05mm时，点焊接头的力学性能较好，相比于直接电阻点焊力学性能提升51.5%，接头断裂形式由结合面断裂转变为凸台断裂。
图2-10a和图2-10b为添加中间层锌片后的点焊接头微观形貌。通过对图2-10a和图2-10b与图1-17a和图1-17b对比发现，添加中间层锌后，柱状晶区的范围减小，且柱状晶区的等轴晶数量增加，细化了原有的粗大柱状晶，阻止了导致热裂纹产生的柱状晶的生长，点焊接头的微小缩孔和裂纹显著减少，大大降低了在拉伸时缺陷处的应力集中，力学性能显著提升。
图2-11a和图2-11b为熔核中心的显微组织，其中图2-11a为焊接电流29KA时的直接电阻点焊，图2-11b为焊接电流32KA时添加中间层锌电阻点焊。如图所示，添加中间层锌后，熔核中心的组织得到了细化，原有的雪花状枝晶组织有所减少，等轴晶数量明显增多，力学性能得到提升。
图2-12为点焊接头的XRD图。图3和图4为点焊接头的BSE图，图3为焊接电流29KA时直接电阻点焊，图4为焊接电流32KA时添加中间层锌电阻点焊。如图2-12所示，添加中间层锌后，T相的数量有所提升，结合图3和图4点焊接头的BSE图可知，析出相的形状和微小缩孔也有所改善，原本的条状析出相有所减少，点状析出相增多。
Claims (5)
1.一种添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，其特征在于，采用搭接的方式进行电阻点焊，在搭接区域的两块7075-T6铝合金板之间添加纯锌片作为电阻点焊时的中间层；纯锌片的厚度为0.05mm；7075-T6铝合金板的厚度为3mm；焊接电流为32KA；焊接时间为20cyc；电极压力为5.5kN。
2.根据权利要求1所述的添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，其特征在于，纯锌片的纯度大于或等于99.9wt%。
3.根据权利要求2所述的添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，其特征在于，纯锌片与7075-T6铝合金板搭接的长度和宽度均大于或等于25mm。
4.根据权利要求3所述的添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，其特征在于，纯锌片的纯度大于99.9wt%，纯锌片与7075-T6铝合金板的搭接长度和宽度均为25mm。
5.根据权利要求1-4任一所述的添加中间层锌的超高强铝合金板的电阻点焊方法，其特征在于，电阻点焊前，先用钢丝刷除去7075-T6铝合金板表面的氧化膜，然后用丙酮擦拭去除7075-T6铝合金板表面油污，最后用无水乙醇擦拭干净晾干备用。
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