激光烧蚀铝合金表面对其胶接接头耐腐蚀性能的影响
发布时间：2020-08-27 08:59
【摘要】：采用激光对5052铝合金进行表面烧蚀处理,对其表面物化特性进行观察分析,并测试了其胶接接头在盐雾环境腐蚀后的剪切强度与失效模式。实验结果发现,经激光表面处理后,接头的剩余强度在盐雾环境腐蚀后强度增大了40%,并且失效模式由几乎完全界面失效变成内聚失效。经分析测量,处理后的铝合金表面粗糙度从0.09μm增大到1.77μm,并且在其表面形成了凹凸不平的多孔结构,胶接时发现胶粘剂渗入其中增强了胶接界面的粘接;同时,经过表面元素能谱分析,发现氧元素含量增加,铝合金表面生成氧化铝,也有利于增强铝合金基体的抗腐蚀性能,证明激光表面处理可以提高胶接接头的耐腐蚀性能。
【图文】：
围内连续可调，输出激光的脉宽（即脉冲作用时间）在９～２００ｎｓ范围内连续可调，扫描速率在０～１００００ｍｍ／ｓ范围内连续可调，激光光斑在聚焦处的圆点直径为６７μｍ。为了简化激光处理的模式来方便实验分析，以保证受处理区域的激光光斑均匀分布且被激光完全覆盖，本实验将２个激光点之间的直线距离与两列激光的行间距设置为相等（即等于扫描速率ｖ除以脉冲频率ｆ），并设置行间距ｌ＝０．０４ｍｍ，激光脉冲频率ｆ＝２００００Ｈｚ，扫描速率ｖ＝８００ｍｍ／ｓ。图１为激光斑分布示意图。由图１可以看出，激光扫描区域为铝合金胶接接头搭接区域，激光扫描方向为箭头方向所指（即铝合金试样的宽度方向）。图１激光光斑分布示意图Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｐｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ图２所示为铝合金表面经激光处理后结构制备铝合金的胶接接头试样。将胶粘剂均匀涂覆在铝合金表面搭接区域，经搭接、夹具加压后放入固化炉进行固化。胶层厚度用直径为０．２０ｍｍ的玻璃珠控制，设定固化温度为１８０±２℃，保温２０ｍｉｎ后，放室温下静置２４ｈ。为了保证实验数据可靠性，每组均设有５个试样，共４组，即原始铝合金表面与激光处理后所制胶接接头各２组，分别用于室温下与腐蚀环境后的拉伸实验。在ＭＴＳ－Ｅ４５．１０５拉伸试验机上测试铝合金胶接接头的拉剪破坏强度，拉伸速率为１０ｍｍ／ｓ。在拉伸过程中，试样两端均粘有厚度为２ｍｍ的垫片，以减小扭矩对剪切强度的影响。为模拟铝合金胶接结构的腐蚀环境，本文进行了盐雾环境腐蚀实验。实验环境根据标准ＡＳＴＭＢ１１７－２００３［１２］，设
处理区域的激光光斑均匀分布且被激光完全覆盖，本实验将２个激光点之间的直线距离与两列激光的行间距设置为相等（即等于扫描速率ｖ除以脉冲频率ｆ），并设置行间距ｌ＝０．０４ｍｍ，激光脉冲频率ｆ＝２００００Ｈｚ，扫描速率ｖ＝８００ｍｍ／ｓ。图１为激光斑分布示意图。由图１可以看出，激光扫描区域为铝合金胶接接头搭接区域，激光扫描方向为箭头方向所指（即铝合金试样的宽度方向）。图１激光光斑分布示意图Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｐｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ图２所示为铝合金表面经激光处理后结构制备铝合金的胶接接头试样。将胶粘剂均匀涂覆在铝合金表面搭接区域，经搭接、夹具加压后放入固化炉进行固化。胶层厚度用直径为０．２０ｍｍ的玻璃珠控制，设定固化温度为１８０±２℃，保温２０ｍｉｎ后，放室温下静置２４ｈ。为了保证实验数据可靠性，每组均设有５个试样，共４组，即原始铝合金表面与激光处理后所制胶接接头各２组，分别用于室温下与腐蚀环境后的拉伸实验。在ＭＴＳ－Ｅ４５．１０５拉伸试验机上测试铝合金胶接接头的拉剪破坏强度，拉伸速率为１０ｍｍ／ｓ。在拉伸过程中，试样两端均粘有厚度为２ｍｍ的垫片，以减小扭矩对剪切强度的影响。为模拟铝合金胶接结构的腐蚀环境，本文进行了盐雾环境腐蚀实验。实验环境根据标准ＡＳＴＭＢ１１７－２００３［１２］，设定温度为３５±１℃，氯化钠溶液质量浓度为５０±５ｇ／Ｌ，喷雾压力值为０．３ＭＰａ，试样在盐雾中暴露时间为１６８ｈ。图２胶接接头结构示意图Ｆｉｇ．２Ｊｏｉｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ由于激光脉冲能量高，使
为０．３ＭＰａ，试样在盐雾中暴露时间为１６８ｈ。图２胶接接头结构示意图Ｆｉｇ．２Ｊｏｉｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ由于激光脉冲能量高，使得铝合金表面经历了高温熔融再凝固的过程，且这一过程中铝合金表面发生了复杂的物理化学变化［１３］。为分析铝合金经激光处理前后的表面理化特性变化，本文进行了表面粗糙度测量，用扫描电镜对铝合金表面微观形貌与胶接界面进行了观察，并结合能谱仪对其表面进行了元素组成分析。２结果与讨论２．１铝合金经激光表面处理表面形貌与组成分析图３所示为经激光处理前后铝合金表面粗糙度的实验结果。由图３可以看出，原始表面粗糙度只有０．０９μｍ，而经激光处理后的表面粗糙度增大到１．７７μｍ，是原始表面粗糙度的１９倍。图４所示为铝合金经激光处理前后的表面形貌。因铝合金表面金属经过高温熔融后再凝结，故在其表面形成了多孔的凹凸不平的表面，孔的直径为５～７μｍ。铝合金基体的表面形貌对其胶接性能图３激光处理前后的铝合金表面粗糙度Ｆｉｇ．３Ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｂｅｆｏｒｅ＆ａｆｔｅｒｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎ·２８９４·中国机械工程第２８卷第２３期２０１７年１２月上半月
本文编号：2805897
【图文】：
围内连续可调，输出激光的脉宽（即脉冲作用时间）在９～２００ｎｓ范围内连续可调，扫描速率在０～１００００ｍｍ／ｓ范围内连续可调，激光光斑在聚焦处的圆点直径为６７μｍ。为了简化激光处理的模式来方便实验分析，以保证受处理区域的激光光斑均匀分布且被激光完全覆盖，本实验将２个激光点之间的直线距离与两列激光的行间距设置为相等（即等于扫描速率ｖ除以脉冲频率ｆ），并设置行间距ｌ＝０．０４ｍｍ，激光脉冲频率ｆ＝２００００Ｈｚ，扫描速率ｖ＝８００ｍｍ／ｓ。图１为激光斑分布示意图。由图１可以看出，激光扫描区域为铝合金胶接接头搭接区域，激光扫描方向为箭头方向所指（即铝合金试样的宽度方向）。图１激光光斑分布示意图Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｐｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ图２所示为铝合金表面经激光处理后结构制备铝合金的胶接接头试样。将胶粘剂均匀涂覆在铝合金表面搭接区域，经搭接、夹具加压后放入固化炉进行固化。胶层厚度用直径为０．２０ｍｍ的玻璃珠控制，设定固化温度为１８０±２℃，保温２０ｍｉｎ后，放室温下静置２４ｈ。为了保证实验数据可靠性，每组均设有５个试样，共４组，即原始铝合金表面与激光处理后所制胶接接头各２组，分别用于室温下与腐蚀环境后的拉伸实验。在ＭＴＳ－Ｅ４５．１０５拉伸试验机上测试铝合金胶接接头的拉剪破坏强度，拉伸速率为１０ｍｍ／ｓ。在拉伸过程中，试样两端均粘有厚度为２ｍｍ的垫片，以减小扭矩对剪切强度的影响。为模拟铝合金胶接结构的腐蚀环境，本文进行了盐雾环境腐蚀实验。实验环境根据标准ＡＳＴＭＢ１１７－２００３［１２］，设
处理区域的激光光斑均匀分布且被激光完全覆盖，本实验将２个激光点之间的直线距离与两列激光的行间距设置为相等（即等于扫描速率ｖ除以脉冲频率ｆ），并设置行间距ｌ＝０．０４ｍｍ，激光脉冲频率ｆ＝２００００Ｈｚ，扫描速率ｖ＝８００ｍｍ／ｓ。图１为激光斑分布示意图。由图１可以看出，激光扫描区域为铝合金胶接接头搭接区域，激光扫描方向为箭头方向所指（即铝合金试样的宽度方向）。图１激光光斑分布示意图Ｆｉｇ．１Ｌａｓｅｒｓｐｏｔｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ图２所示为铝合金表面经激光处理后结构制备铝合金的胶接接头试样。将胶粘剂均匀涂覆在铝合金表面搭接区域，经搭接、夹具加压后放入固化炉进行固化。胶层厚度用直径为０．２０ｍｍ的玻璃珠控制，设定固化温度为１８０±２℃，保温２０ｍｉｎ后，放室温下静置２４ｈ。为了保证实验数据可靠性，每组均设有５个试样，共４组，即原始铝合金表面与激光处理后所制胶接接头各２组，分别用于室温下与腐蚀环境后的拉伸实验。在ＭＴＳ－Ｅ４５．１０５拉伸试验机上测试铝合金胶接接头的拉剪破坏强度，拉伸速率为１０ｍｍ／ｓ。在拉伸过程中，试样两端均粘有厚度为２ｍｍ的垫片，以减小扭矩对剪切强度的影响。为模拟铝合金胶接结构的腐蚀环境，本文进行了盐雾环境腐蚀实验。实验环境根据标准ＡＳＴＭＢ１１７－２００３［１２］，设定温度为３５±１℃，氯化钠溶液质量浓度为５０±５ｇ／Ｌ，喷雾压力值为０．３ＭＰａ，试样在盐雾中暴露时间为１６８ｈ。图２胶接接头结构示意图Ｆｉｇ．２Ｊｏｉｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ由于激光脉冲能量高，使
为０．３ＭＰａ，试样在盐雾中暴露时间为１６８ｈ。图２胶接接头结构示意图Ｆｉｇ．２Ｊｏｉｎｔｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ由于激光脉冲能量高，使得铝合金表面经历了高温熔融再凝固的过程，且这一过程中铝合金表面发生了复杂的物理化学变化［１３］。为分析铝合金经激光处理前后的表面理化特性变化，本文进行了表面粗糙度测量，用扫描电镜对铝合金表面微观形貌与胶接界面进行了观察，并结合能谱仪对其表面进行了元素组成分析。２结果与讨论２．１铝合金经激光表面处理表面形貌与组成分析图３所示为经激光处理前后铝合金表面粗糙度的实验结果。由图３可以看出，原始表面粗糙度只有０．０９μｍ，而经激光处理后的表面粗糙度增大到１．７７μｍ，是原始表面粗糙度的１９倍。图４所示为铝合金经激光处理前后的表面形貌。因铝合金表面金属经过高温熔融后再凝结，故在其表面形成了多孔的凹凸不平的表面，孔的直径为５～７μｍ。铝合金基体的表面形貌对其胶接性能图３激光处理前后的铝合金表面粗糙度Ｆｉｇ．３Ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｂｅｆｏｒｅ＆ａｆｔｅｒｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎ·２８９４·中国机械工程第２８卷第２３期２０１７年１２月上半月
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