[实用新型]一种铝钢异种金属的焊接接头

说明书

一种铝钢异种金属的焊接接头，通过改变铝钢异种金属的点焊缝的焊缝结构，在点焊缝内部的铝钢界面制造出钢凸结构，使钢凸结构由钢工件向铝工件方向凸起延伸而嵌入到铝工件中，同时对接头加热以获得冶金结合的铝钢界面，在焊接接头中的钢凸结构外围区域，采用熔化焊方法由钢工件向铝工件制造出环绕钢凸结构的环形焊缝，该环形焊缝一方面加强了点焊焊缝外围的连接强度，另一方面与钢凸结构相互配合形成独特的焊接接头结构。本实用新型通过了优化点焊缝的接头结构，进而提升铝钢异种金属点焊缝整体的力学性能。

技术领域

本实用新型属于异种金属材料焊接技术领域，具体涉及一种铝钢异种金属的焊接接头。

背景技术

为了实现节能减排的效果，汽车工业提出了汽车轻量化发展理念，因而在汽车结构设计时在保证结车身安全的前提下优化车身结构和选用更多的高强钢和轻质合金制造汽车车身，其中铝合金作为应用最广泛的轻质合金，在汽车车身制造中也越来越受欢迎。目前，铝钢混合车身是汽车制造的一个重要发展方向，这种车身在制造时采用大量的各种类型的钢以及铝合金来兼顾车身结构的安全性能和车身的轻量化，因此在铝钢混合的汽车车身制造中不可避免的面临铝钢异种金属连接问题。由于铝钢异种采用焊接技术连接时存在巨大的挑战，由于铝钢异种金属焊接接头太脆而通常无法承受较大的载荷，因此铝钢异种金属在目前通常采用机械连接技术进行连接，比如自冲铆接和流转螺钉等，但是机械连接也存在其局限性，比如铆接技术中高昂的连接设备、铆钉对车身的增重、铆钉成本高、连接工艺的复杂性和低效率等，此外，随着先进高强钢应用逐渐增加，对先进高强钢的机械连接也提出了新的挑战，比如铆钉无法穿刺高强钢工件、无法有效张开形成机械嵌合或铆钉墩粗等连接失效问题。然而对于焊接技术，其本身连接成本和设备成本低，效率高，若能采用焊接技术实现铝钢异种金属连接对实现汽车轻量化发展具有深远的意义。

到目前为止铝钢异种金属连接面临着巨大的挑战仍然无法得到有效地解决，因此限制了焊接技术在铝钢异种金属连接中的应用。由于铝钢异种金属存在巨大差异的物理性质，比如熔点、膨胀系数和凝固收缩率等，在大的热输入的熔化焊中，同时熔化铝和钢两种金属而获得的接头，这种接头一方面容易出现工件变形大和焊缝凝固过程中产生大的应力而易于形成裂纹，另一方面，由于铝钢冶金相容性差而在焊缝中无法形成固溶体，导致大量脆性Fe-Al系化合物形成于焊缝之中导致接头性能极差；若采用较低的热输入，只熔化铝工件而钢工件不熔化的策略焊接，即熔钎焊方法，在较低的热输入下熔化铝合金，通过熔融的铝金属后润湿铺展到还处在固态的钢工件表面，在高温作用下通过元素的相互扩散形成冶金结合。这种接头一方面焊缝结合界面通常比较平直，另外在界面上会形成连续的Fe-Al系脆性化合物层处在铝和钢之间，这导致了铝钢接头强度非常差。

为了提高铝钢异种金属的接头力学性能，目前现有的大量的实验研究工作通过优化不同焊接方法的工艺参数，旨在通过精准控制焊接热输入来减缓接头产生裂纹和脆性化合物等缺陷产生，然而铝钢异种金属焊接的挑战通过优化焊接工艺方法当前依旧无法得到有效的解决。另外，在铝钢异种金属接头中添加金属夹层或填充金属，旨在减缓或阻止Fe-Al系脆性化合物的形成而提高接头性能，但是添加金属元素是及其复杂的工艺，不同的元素成分和含量对接头的影响机理仍需深入探索，因此当前铝钢异种金属焊接的巨大挑战限制了铝钢异种金属焊接接头的应用。

实用新型内容

本实用新型技术解决问题：为了克服现有铝钢异种金属焊接技术的不足，提供了一种铝钢异种金属的焊接接头，通过优化铝钢异种的焊接接头的点焊缝结构，从而达到提升接头的力学性能。