《異質材料分散式微點膠焊接頭形成機理及控形控性方法》是依託上海交通大學，由李永兵擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：異質材料分散式微點膠焊接頭形成機理及控形控性方法
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：李永兵
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多材料混用是汽車輕量化重要手段。傳統點焊工藝因熱輸入集中，難以控制異質材料界面硬脆相生長。膠鉚複合是現階段異質材料連線首選工藝，但工藝成本高且無法解決超高強鋼變形困難問題。面對異質材料焊接界面硬脆相、電化學腐蝕以及變形和應力協調控制的科學和技術挑戰，本項目提出分散式微點膠焊工藝，以鋁鋼異質材料連線為對象，從材料、工藝、性能、裝備四個層面出發，開展鋁基金屬顆粒化學成分最佳化設計研究，實現中間過渡材料金屬顆粒的最佳化選材；探索複雜多體接觸條件下異質材料接頭形成機理、關鍵要素對分散式微點膠焊接頭形成影響機制、分散式微點膠焊接頭高溫固化過程中的應力與變形行為，以及面向性能最優的異質材料微點膠焊工藝協調控制方法，形成分散式微點膠焊共性方法；開展分散式微點膠焊裝備最佳化設計及工藝典型套用研究，建立分散式微點膠焊系統，並針對典型零件連線需求開展套用研究，為異質材料在輕量化汽車車身中的套用提供使能工藝與裝備。
結題摘要
隨著環境問題和能源危機日益加劇，輕量化已成為汽車工業可持續發展的重要共識，而輕質鋁合金與高強鋼等多材料的混用已成為汽車車身最重要的輕量化方法之一。然而，鋁、鋼熱物理和化學屬性的巨大差異使二者的異質連線面臨著可焊性差、界面硬脆相難以控制、接頭局部變形大和抗腐蝕性能差等挑戰；此外，鋁合金表面近乎絕緣且高熔點的氧化膜是制約接頭性能的另一重要因素。為此，本項目採用的多環圓頂電極（MRD）實現了鋁合金表面氧化膜的破碎，解決了焊接時電極/鋁板界面的過熱問題，消除了鋁-鋼焊接過程中的表面飛濺問題，使得鋁鋼點焊成為可能，該工藝的研究為後續新工藝的開發和最佳化建立了基準，但是鋁/鋼界面處的氧化膜制約了焊接性能的進一步提升。隨後，項目發明了金屬凸點輔助電阻點焊（MBaRSW）工藝，藉助開發的金屬凸點預置工藝成功將第三種材料以特定幾何形貌和尺寸預置在待焊板材表面；MBaRSW工藝實現了界面硬脆相的控制，通過凸點塑性變形實現了鋁/鋼界面處氧化膜的破碎，避免了焊後殘留氧化膜等缺陷，降低了焊接熱輸入，實現了節能；鋁-鋼MBaRSW接頭拉剪強度可達3500N左右，剝離強度約為320N，較鋁-鋼MRD接頭分別提升50%和30%以上。在此基礎上通過引入結構膠開發了金屬凸點輔助膠焊（MBaWB）工藝，接頭在鹽霧循環測試中的抗腐蝕性明顯改善，在減小局部變形同時剝離性能較MBaRSW工藝提升約16.25%。在過渡凸點輔助點/膠焊工藝的基礎上，本項目發明了分散式微點膠焊（DMPWB）工藝，藉助彌散微點減小了待焊處的實際電流，減小了焊後工件變形，降低了對焊接對中性的要求；在通過連續焊接大幅提高焊接效率的同時，鋁-鋼DMPWB接頭的剝離強度也較MBaWB接頭提升30%以上。 基於異質材料的連線需求，本項目形成了MRD電阻點焊工藝、CMT（cold metal transfer）電弧點焊工藝、金屬凸點輔助點/膠焊工藝、釺焊增強型膠焊工藝和彌散微點膠焊工藝等系列新工藝，為多材料混合車身的開發及新車型試製提供了使能技術。
