机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (10): 170-178.doi: 10.3901/JME.260499
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李欢1, 李俊1, 王善林2, 高振泽1, 张长鑫1, 陈玉华2
LI Huan1, LI Jun1, WANG Shanlin2, GAO Zhenze1, ZHANG Changxin1, CHEN Yuhua2
摘要: 钢/铝/钢层叠接头在轻量化汽车应用较多,但其焊接较困难,因此可靠的钢/铝/钢焊接接头是实现汽车轻量化需解决的难点。以6061-T6铝合金、DC04低碳钢为工件,采用LS-DYNA软件建立一个与实际一致的钢/铝/钢超声波焊接显式动力学模型,将焊头的振动位移作为初始条件加载至模型,研究焊接过程中工件振幅、温度场以及材料的塑性应变分布;最后测试了接头的力学性能。结果表明,在焊接过程中,焊头的振动能量同步传递至铝合金和下工件;上工件与铝板的位移呈近似的波动规律,与下工件的位移波动差异较大。在焊接初始时工件逐渐以较小振幅偏离其平衡位置,之后上工件、铝板和下工件的平均振幅增加,分别达到焊头振幅的63.0%、38.9%和10.2%。较高的上工件振幅导致上层钢/铝界面的温度及塑性变形均比下层钢/铝界面高;上层、下层钢/铝界面中间相厚度分别为1.52 μm和1.07 μm;上层钢/铝界面拉伸剪切力为3.6 kN,为焊核拔出式断裂;而下层钢/铝界面的拉伸剪切力为3.1 kN,在界面处断裂。钢/铝/钢超声波焊接断裂模式为韧性-脆性混合断裂。研究结果为进一步推进轻量化汽车的应用提供参考。
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