机械工程学报

作者：孟正华, 周睿, 龚梦圆, 刘维, 郭巍

单位：1. 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室 武汉 430070;2. 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室 长沙 410082;3. 武汉理工大学汽车工程学院 武汉 430070;4. 武汉理工大学材料科学与工程学院 武汉 430070;5. 汽车零部件技术湖北省协同创新中心 武汉 430070

关键词：冲击连接,波形界面,异种金属,光滑粒子动力学,异种材料；

基金：国家重点研发计划(2022YFB2503501)、国家自然科学基金(52005374)、湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金(31815008)和湖北省重点研发计划(2021BAA174)资助项目。

以Al3003铝和HC180钢的高速冲击连接工艺为研究对象，建立二维有限元算法(Finite element method，FEM)和光滑粒子算法(Smoothed particle hydrodynamics，SPH)耦合分析模型，研究冲击连接工艺参数对铝钢接头界面特征形成的影响规律。结果表明，随着冲击速度的增加，波形界面的波幅尺寸会随之增加；而随着冲击角度的增加，波形界面波幅则会先增加后趋于平稳甚至降低。同时通过对HC180钢/Al3003铝合金板材的箔片气化冲击焊接试验研究验证了模拟分析结果，并分析放电能量对连接界面形貌的影响规律。随着放电能量的增加，铝钢连接界面波幅增加；当放电能量达到8.4 kJ时，界面出现漩涡结构和嵌入两侧基材的颗粒。连接界面附近会发生明显的晶粒细化现象，且随着冲击角度增加，界面附近细晶区域的面积逐渐增加。界面温度场模拟结果表明漩涡内部产生较大温升，电子探针(Electron probe micro-analysis，EPMA)分析结果表明漩涡内部产生了铝铁金属间化合物。金属间化物主要以颗粒的形式嵌入母材基体中或分布在界面漩涡结构内部，且随着初始冲击角度的增加，元素扩散加剧，嵌入颗粒尺寸与嵌入深度均有增加。

来源：2023年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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