铝钢磁脉冲焊接性能及界面微观组织研究

本文研究了5052铝合金，HC420LA高强钢的磁脉冲焊接接头性能，并通过金相分析、电子扫描显微分

环保与节能是当前汽车设计的焦点，轻量化设计可以显著减少能源消耗，降低环境污染，同时提高汽车操纵性能和安全性能[1] [2] [3]。采用多元材料混用策略可以达到良好的汽车轻量化效果[4]。通过在低成本全钢汽车车身中引入铝合金等轻金属材料，可以充分发挥不同材料各自的性能优势。因此多元材料车身已成为现阶段汽车车身轻量化的必然选择。

铝合金–高强钢的复合焊接结构强度高、耐腐蚀、质量轻。在汽车车身中采用铝合金代替钢材，是实现汽车轻量化设计最直接有效的途径[5]。

由于铝–钢物理性能差异显著， 且Fe 在Al 中的固溶度极低， 导致铝–钢异种金属的焊接性极差，焊接接头中容易产生缩孔、裂纹等缺陷及硬脆的金属间化合物，大幅度降低了接头的力学性能[6]，限制了铝–钢焊接结构在汽车领域的应用。

磁脉冲焊接是一种高速固相焊接技术， 能够有效地避免上述铝–钢的焊接问题[7]。

与爆炸焊接类似， 磁脉冲焊接接头结合区存在和压力焊类似的金属塑性变形、和熔化焊类似的金属融化以及和扩散焊类似的金属原子的互相扩散。因此，磁脉冲焊接工艺可以看作为压力焊、熔化焊和扩散焊三位一体的金属焊接新工艺[8]。焊接过程中，金属无熔化过程，避免或减少了金属化合物的产生；碰撞点处产生高速射流清理焊接表面氧化层，利于不同金属原子互相扩散、结合，可形成性能良好的接头。

本文对不同焊接工艺参数下的5052 铝合金和HC420LA 高强钢磁脉冲焊接接头进行了性能测试，通过OM、SEM 和EDS 等微观分析方法对铝–钢焊接界面微观组织进行研究，进一步阐释了失效机理，为铝–钢磁脉冲焊接技术在汽车上的应用提供参考。

2. 实验 2.1. 磁脉冲焊接原理 磁脉冲焊接(Magnetic Pulse Welding)是一种较新的固态焊接工艺， 其原理是利用电磁力驱动焊接结构中动件与静件高速碰撞而实现冶金焊接效果。板件磁脉冲焊接的原理如图1 所示，首先将动件与静件以一定间距放置、固定好，通过电容器对线圈放电，线圈中通入变化的高强度电流，由于涡流效应，动件内会产生变化的感应电流，两种变化的电流方向相反，两者之间会产生巨大的洛伦兹力。动件在洛伦兹力的作用下获得较高的速度向静件运动，并与静件发生高速碰撞而产生焊接效果，通常碰撞速度能达到数百米每秒。