钢铝异种材料的点焊工艺 

基于高熵合金中间层的铝/钢电阻点焊接头性能研究（钢铝点焊）

1研究背景与意义

电阻点焊是一种常见的金属焊接技术，因其自动化程度高、成

本低等优点在汽车及航空航天领域得到了广泛的应用"。轻量化正

成为汽车、航空航天装备发展的重要方向，铝/钢异种金属材料是实

现工具轻量化的重要手段。高强钢与铝合金在物理化学性能上的巨大差异对铝/钢电阻点焊接头质量产生了诸多不利影响。焊接缩孔会造成焊核强度下降，焊接裂纹容易导致应力集中，焊点界面处的富铝金属间化合物(IMC会降低接头力学性能。高熵合金作为一种新型材料，广泛应用于激光焊和搅拌摩擦焊等多种焊接工艺过程，将高熵合金作为中间层引入到铝/钢异种金属电阻点焊中为解决异种金属焊接难题提供了新思路。

2研究内容与方法

CoCrFeNiMn高熵合金因具有良好的塑性而倍受关注，

本实验以其作为铝/钢电阻点焊中间层进行研究。通过优化

焊接工艺参数分别得到有无高熵合金中间层的铝/钢电阻点

焊接头，再对接头进行拉伸剪切试验获取到相应抗拉强度，

并通过光学显微镜和电子显微镜对接头做进一步分析。对两种不同焊接工艺下的接头进行拉剪实验，无中间层的接头断裂模式为界面断裂，具有高熵合金中间层的接头断裂模式为纽扣断裂，且铝合金侧被撕裂并留在高熵合金中间层上面，其获得的拉剪力也明显高于无中间层的接头。铝/钢电阻点焊接头中的铝熔核大小对接头拉伸载荷具有明显

的影响。通过对比两种焊接工艺接头的铝熔核可知，添加中间层接

头的铝熔核直径与厚度都比没有中间层接头的铝熔核更大，说明添

加中间层接头产生更多热量，这也是导致两者断裂模式不同的原因。

无中间层焊点接头

从微观组织图看到铝合金与高熵合金中间层存在明显的界线，

且靠近铝侧位置可以看到针状结构向铝侧熔核内部伸展。线扫描

中从铝合金到高熵合金侧，A1元素含量不断下降，在远离界面处

的含量几乎为零。而高熵合金中的各个元素含量则与Al元素相反，

当线扫描位于界线处，发现铝元素和高熵合金各元素质量百分比

较接近，说明靠近铝侧的高熵合金在焊接过程中与铝相互熔化，

使两者接触面结合的更加牢固，因此不容易出现界面断裂。

EDS线扫描结果

微观组织

从微观组织图看到铝合金与高强钢存在明显的界面未焊合情

况，主要原因是在界面处产生的热量不够，这也是接头在拉剪力

的作用下发生界面断裂的原因。

4结论

具有高熵合金中间层的电阻点焊接头在中间层两侧均形成了明

显的熔核，钢侧熔核与高熵合金熔化在一起，铝侧熔核与高熵

合金之间存在明显界面。与无高熵合金中间层接头相比，添加高熵合金中间层的接头铝熔核直径更大，拉伸剪切力也更大。具有高熵合金中间层接头的断裂模式为纽扣断裂，铝合金在剪切力的作用下被撕裂并保留在高熵合金中间层表面上。

 

转载自：俞雯潇 、周亢、任宝凯、王刚    北京理工大学机电学院