碳纤维增强复合材料（CFRP）在汽车的轻量化设计中具有广阔的应用前景。CFRP在汽车工业中的主流应用形式为金属-CFRP复合结构，其技术瓶颈主要在于异种材料之间高效、可靠的连接方法。由于CFRP具有绝缘性，传统电阻点焊方法无法应用于金属-CFRP的连接成型。 开发适用于金属-CFRP连接的新型电阻点焊技术并揭示其深层机理，对实现金属-CFRP复合结构的高效制备及其力学性能的精准调控具有重要意义。
杨建国教授团队与日本大阪大学接合科学研究所、日本DENGENSHA TOA株式会社联合开展了金属-CFRP同轴单边电阻点焊（COS-RSW）相关研究，基于数值仿真手段澄清了焊接工艺参数对温度场的影响并首次揭示了COS-RSW十字搭接接头连接强度的响应机制。
金属-CFRP同轴单边电阻点焊（Coaxial one-side resistance spot welding, COS-RSW）流程示意图
焊接电流、加热时间对COS-RSW熔化区尺寸变化过程的影响
基于团队与大阪大学共同开发的焊接有限元代码JWRIAN-RSW对COS-RSW的“电-热-力”多物理场耦合过程进行了数值建模，复现了不同工艺参数下熔化区尺寸的变化过程。结果表明，虽然焊接电流和加热时间共同决定了总体的热输入，但二者对熔化区生长过程的影响差异明显。与传统电阻点焊不同，COS-RSW的熔化区在冷却阶段初期仍会出现显著的生长现象，焊接电流主要影响加热阶段熔化区长大的速率，而加热时间则决定了冷却阶段熔化区尺寸收缩的拐点。同时，金属-CFRP界面温度对焊接接头力学性能的影响具有两面性。更高的温度有利于树脂的熔化和界面反应，有助于提高接合强度；过量的热输入则会引发塑料基体的分解，从而削弱力学性能。数值仿真复现的界面峰值温度分布与失效界面形貌之间存在明显的对应关系，表明连接区域内的局部强度同样存在分布不均匀的特征。该工作指出，通过控制焊接电流、延长加热时间可以有效提高金属-CFRP同轴单边电阻点焊接头的力学性能。
团队研究成果以“Coaxial one-side resistance spot welding for cross-lap joints of Al5052 and CFRP: Thermal process and strength evaluation” 为题发于Journal of Materials Research and Technology，论文第一作者和通讯作者为机械学院杨建国团队校聘副研究员任森栋。该项研究获得了国家自然科学基金青年项目和面上项目的支持。
