采用电阻点焊方法焊接铝合金材料时电极的损耗.doc

附件C：译文


采用电阻点焊方法焊接铝合金材料时电极的损耗

作者：I. LUM, S. FUKUMOTO, E. BIRO, D.R. BOOMER, and Y. ZHOU

本文研究的是采用中频直流电阻点焊机焊接1.5mm厚的铝合金板材时电极的损耗情况，其中电极端面曲率半径为50mm，直径为10mm。运用电子扫描显微镜、X光分光镜(SEM/EDX)和X光衍射(XRD)等方法来具体研究铜电极和铝合金板在冶金学上的相互反应。结果表明电极的蚀损会导致焊接的失败，这主要有四个基本的过程：铝熔化并黏附在电极上，电极和铝的反应扩散，电极端面出现蚀损斑，形成空穴。铝的熔化和扩散导致了蚀损斑、空穴的出现。定期的清理电极端面，不让铝黏附在端面上可以提高电极端面的使用期限。这只是用电阻点焊的方法焊接铝合金时提高电极端面使用时间的一种方法。

1．介绍
铝合金由于密度低，耐腐蚀，可回收利用等优点，在自动化工业领域得到了广泛的应用。然而，采用电阻点焊(RSW)方法焊接铝合金与焊接镀锌钢材相比，存在电极端面的使用寿命问题[1，2]。许多关于使用电阻点焊方法焊接铝材料时电极端面寿命问题的研究都研究了电极的设计(包括铜合金[4]，电镀[5]，结构[6]),板件[7，8],电极[9]表面条件等。然而，关于电阻点焊铝材料时电极机械装置的具体研究工作却受到了很大限制[10]。
一致认为铜电极的失效是由于电阻点焊铝材料时端面过多的蚀损。帕特里克等提出了一个包括电极自身熔化，蚀损和扩散的理论模型。一般的铝板件产品都有一定厚度的表面氧化层，当电极接触板件开始焊接时，氧化层就破碎，分裂成许多小块来传导焊接电流。当焊接电流较大时，电流线被强制收缩，产生了过多的热量，引起的局部熔化导致了铜和铝相互混合扩散。当电极与板件分离时，熔化的部分就可能从电极表面被拉扯下来，这导致电极表面材料损失，出现蚀损。这在焊接进程中导致了电极的迅速退化。目前还没有试验依据来支持这种理论模型[11]。
Dilthey和Hicken提出由铜和铝的扩散而导致Cu-Al金属间化合物的形成，最初与电极的外表面情况有关。电极上黏附着铝板件的材料是由于Cu-Al金属间化合物的形成。后来的分离过程断裂了易碎的刚形成的铜铝组成的金属间化合物导致了电极端面材质的损失。因此，在清理电极端面时，铜铝金属间化合物应该被尽可能的除掉。电极端面的Cu-Al金属间化合物是用能量分散的X光电子扫描显微镜来观测，用X光衍射检测到，在第一次焊接后变成了CuAl2，在5次焊接后变成了Cu9Al4。有文献资料提出在电极和铝材料分界面的温度接近了铜的熔点(大约1358K)温度，从电极端面局部自由凝固的表面所观测到的。然而，Cu-Al相表[13],实际上表明了，Cu-Al组成的金属间化合物在821K时就能发生熔化了，这要比铜的熔点温度低的多。