双相钢/铝合金激光胶接焊胶层作用分析
发布时间：2022-01-26 09:49
通过双相钢/铝合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示钢上、铝下搭接激光胶接焊时胶层作用。对焊接过程进行等离子体形貌同步拍摄和焊接光谱采集并分析,与激光焊接比较,发现激光胶接焊时等离子体的颜色明亮,形态密度大,与试样板材表面呈一定角度,胶层分解产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况,等离子体对激光能量的吸收减少;而光谱相对强度和光致等离子体电子密度增加,胶层的存在增加试件对激光的吸收率;焊接成形试验发现胶层可起增加焊接熔深和熔宽的作用;剪切试验结果表明胶层提高焊接接头的平均抗剪强度。由于添加胶层加快上层双相钢冷却速度,增加下层铝合金对激光能量的吸收,导致下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,而熔宽两侧熔融态Al体积分数增多,焊接熔宽加大,增加钢、铝横向结合面积,提高焊合率,此外剪切力的外加载荷由焊缝和胶层共同承担,因此添加胶层改善了钢/铝焊接接头的力学性能。
【文章来源】：机械工程学报. 2016,52(14)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
光谱采集系统示意图
28机械工程学报第52卷第14期期图3钢/铝添加胶层前后元素特征谱线0224()cAwyyxxw(1)式中，w表示谱线半高全宽；xc表示中心波长；y0表示背景发射；A表示谱线积分面积。本文采用Lorentzian函数拟合激光胶接焊和激光焊接两种条件下526.89nm波长时的元素特征谱线，结果如图4所示。拟合时选取一定时间间隔的五组试验数据取平均值得到激光胶接焊谱线半高全宽为0.31111nm，激光焊接谱线半高全宽为0.28494nm，由于焊接过程中，光致等离子体发射谱线的半高全宽可近似认为谱线Stark展宽ΔλS1/2，为此采用式(1)对试件上方的焊接等离子体电子密度进行计算，得到激光胶接焊试件上方3mm处的等离子体电子密度为2.95×1017cm3，激光焊接等离子体电子密度为2.7×1017cm3。通常焊接条件下等离子体电子密度与等离子体粒子密度成对应关系，所以添加胶层后，熔池上方焊接等离子体密度增加，表明激光胶接焊双相钢/铝合金时，焊缝逸出Fe粒子的数量增加。对激光胶接焊和激光焊接进行对比分析，发现添加胶层，孔外等离子体电子密度增加，表明相同图4526.89nm波长时谱线拟合结果焊接参数条件下，与激光焊接相比，激光胶接焊时上层双相钢板有更多的Fe元素被蒸发，说明更多的激光能量被焊件吸收。这是因为当激光焊透上层双相钢板材达到下层铝合金板材表面时，胶层增加焊件对激光能量的吸收，同时胶层受热汽化，与金属蒸汽共同作用，增加气体密度，进一步提高激光吸收率，从而增大了熔池上方光致等离子体的电子密度。由于吸收能量的增多，等离子体的电离程度随之提高，其内部粒子之间的碰撞也进一步加剧，所以碰撞的概率也随之增加。由于电子碰撞决定Stark加宽效应，而Stark加宽效应又决定等离子体的谱
⑸?谱线的半高全宽可近似认为谱线Stark展宽ΔλS1/2，为此采用式(1)对试件上方的焊接等离子体电子密度进行计算，得到激光胶接焊试件上方3mm处的等离子体电子密度为2.95×1017cm3，激光焊接等离子体电子密度为2.7×1017cm3。通常焊接条件下等离子体电子密度与等离子体粒子密度成对应关系，所以添加胶层后，熔池上方焊接等离子体密度增加，表明激光胶接焊双相钢/铝合金时，焊缝逸出Fe粒子的数量增加。对激光胶接焊和激光焊接进行对比分析，发现添加胶层，孔外等离子体电子密度增加，表明相同图4526.89nm波长时谱线拟合结果焊接参数条件下，与激光焊接相比，激光胶接焊时上层双相钢板有更多的Fe元素被蒸发，说明更多的激光能量被焊件吸收。这是因为当激光焊透上层双相钢板材达到下层铝合金板材表面时，胶层增加焊件对激光能量的吸收，同时胶层受热汽化，与金属蒸汽共同作用，增加气体密度，进一步提高激光吸收率，从而增大了熔池上方光致等离子体的电子密度。由于吸收能量的增多，等离子体的电离程度随之提高，其内部粒子之间的碰撞也进一步加剧，所以碰撞的概率也随之增加。由于电子碰撞决定Stark加宽效应，而Stark加宽效应又决定等离子体的谱线的形态，因此激光焊接等离子体的谱线半高全宽小于激光胶接焊等离子体的谱线半高全宽。另外，碰撞程度的加剧，提高粒子在不同能级之间的跃迁概率，等离子体辐射更强烈，因此激光胶接焊光致等离子体的光谱辐射相对强度大于激光焊接[10]。2.3焊缝成形性分析本试验对激光胶接焊和激光焊接进行焊缝成形性对比分析，钢/铝焊缝微观形貌如图5所示。发现焊接试样的焊缝表面成形性良好，添加胶层具有增加焊接熔深和熔宽的作用。对激光胶接焊和激光焊接而言，热
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光胶接焊镀锌钢/铝合金的显微组织与性能[J]. 周惦武,戴婷,徐少华,刘金水. 中国有色金属学报. 2014(07)
[2]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[3]Q890高强钢焊接淬硬倾向和冷裂纹敏感性[J]. 张元杰,彭云,马成勇,彭杏娜,田志凌,陆建生. 焊接学报. 2013(06)
[4]汽车用先进高强钢的发展及其在车身设计中的应用[J]. 刘超,王磊,刘杨. 特钢技术. 2012(02)
[5]镁合金激光胶接焊胶层作用分析[J]. 任大鑫,刘黎明. 机械工程学报. 2009(08)
[6]镁合金激光胶接焊接头微观及力学性能[J]. 刘黎明,王红阳,王恒,宋刚. 中国机械工程. 2007(03)
本文编号：3610278
【文章来源】：机械工程学报. 2016,52(14)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
光谱采集系统示意图
28机械工程学报第52卷第14期期图3钢/铝添加胶层前后元素特征谱线0224()cAwyyxxw(1)式中，w表示谱线半高全宽；xc表示中心波长；y0表示背景发射；A表示谱线积分面积。本文采用Lorentzian函数拟合激光胶接焊和激光焊接两种条件下526.89nm波长时的元素特征谱线，结果如图4所示。拟合时选取一定时间间隔的五组试验数据取平均值得到激光胶接焊谱线半高全宽为0.31111nm，激光焊接谱线半高全宽为0.28494nm，由于焊接过程中，光致等离子体发射谱线的半高全宽可近似认为谱线Stark展宽ΔλS1/2，为此采用式(1)对试件上方的焊接等离子体电子密度进行计算，得到激光胶接焊试件上方3mm处的等离子体电子密度为2.95×1017cm3，激光焊接等离子体电子密度为2.7×1017cm3。通常焊接条件下等离子体电子密度与等离子体粒子密度成对应关系，所以添加胶层后，熔池上方焊接等离子体密度增加，表明激光胶接焊双相钢/铝合金时，焊缝逸出Fe粒子的数量增加。对激光胶接焊和激光焊接进行对比分析，发现添加胶层，孔外等离子体电子密度增加，表明相同图4526.89nm波长时谱线拟合结果焊接参数条件下，与激光焊接相比，激光胶接焊时上层双相钢板有更多的Fe元素被蒸发，说明更多的激光能量被焊件吸收。这是因为当激光焊透上层双相钢板材达到下层铝合金板材表面时，胶层增加焊件对激光能量的吸收，同时胶层受热汽化，与金属蒸汽共同作用，增加气体密度，进一步提高激光吸收率，从而增大了熔池上方光致等离子体的电子密度。由于吸收能量的增多，等离子体的电离程度随之提高，其内部粒子之间的碰撞也进一步加剧，所以碰撞的概率也随之增加。由于电子碰撞决定Stark加宽效应，而Stark加宽效应又决定等离子体的谱
⑸?谱线的半高全宽可近似认为谱线Stark展宽ΔλS1/2，为此采用式(1)对试件上方的焊接等离子体电子密度进行计算，得到激光胶接焊试件上方3mm处的等离子体电子密度为2.95×1017cm3，激光焊接等离子体电子密度为2.7×1017cm3。通常焊接条件下等离子体电子密度与等离子体粒子密度成对应关系，所以添加胶层后，熔池上方焊接等离子体密度增加，表明激光胶接焊双相钢/铝合金时，焊缝逸出Fe粒子的数量增加。对激光胶接焊和激光焊接进行对比分析，发现添加胶层，孔外等离子体电子密度增加，表明相同图4526.89nm波长时谱线拟合结果焊接参数条件下，与激光焊接相比，激光胶接焊时上层双相钢板有更多的Fe元素被蒸发，说明更多的激光能量被焊件吸收。这是因为当激光焊透上层双相钢板材达到下层铝合金板材表面时，胶层增加焊件对激光能量的吸收，同时胶层受热汽化，与金属蒸汽共同作用，增加气体密度，进一步提高激光吸收率，从而增大了熔池上方光致等离子体的电子密度。由于吸收能量的增多，等离子体的电离程度随之提高，其内部粒子之间的碰撞也进一步加剧，所以碰撞的概率也随之增加。由于电子碰撞决定Stark加宽效应，而Stark加宽效应又决定等离子体的谱线的形态，因此激光焊接等离子体的谱线半高全宽小于激光胶接焊等离子体的谱线半高全宽。另外，碰撞程度的加剧，提高粒子在不同能级之间的跃迁概率，等离子体辐射更强烈，因此激光胶接焊光致等离子体的光谱辐射相对强度大于激光焊接[10]。2.3焊缝成形性分析本试验对激光胶接焊和激光焊接进行焊缝成形性对比分析，钢/铝焊缝微观形貌如图5所示。发现焊接试样的焊缝表面成形性良好，添加胶层具有增加焊接熔深和熔宽的作用。对激光胶接焊和激光焊接而言，热
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光胶接焊镀锌钢/铝合金的显微组织与性能[J]. 周惦武,戴婷,徐少华,刘金水. 中国有色金属学报. 2014(07)
[2]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[3]Q890高强钢焊接淬硬倾向和冷裂纹敏感性[J]. 张元杰,彭云,马成勇,彭杏娜,田志凌,陆建生. 焊接学报. 2013(06)
[4]汽车用先进高强钢的发展及其在车身设计中的应用[J]. 刘超,王磊,刘杨. 特钢技术. 2012(02)
[5]镁合金激光胶接焊胶层作用分析[J]. 任大鑫,刘黎明. 机械工程学报. 2009(08)
[6]镁合金激光胶接焊接头微观及力学性能[J]. 刘黎明,王红阳,王恒,宋刚. 中国机械工程. 2007(03)
本文编号：3610278
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