钢/铝激光深熔焊焊接接头组织性能研究
发布时间：2022-02-15 04:38
目前,钢-铝混合车身是汽车制造领域最为重要的发展方向之一,故近年来,钢和铝间的连接技术已成为异种金属连接领域的研究热点。因上述两种材料在物理及化学性质上存在着明显的差异,并且易形成脆性金属间化合物,采用传统的焊接方法很难实现两者的优质连接。激光焊接因具有焊接热输入小、热影响区窄、焊接效率高等优点,为钢-铝异种材料的优质连接提供了新的探索方向。据此,本文采用高功率光纤激光器对双相钢DP980和A6061铝合金进行搭接焊（钢上铝下）,研究了焊缝和界面的显微组织及接头的力学性能变化规律;并采用预置不同厚度（0.10mm、0.20mm、0.30mm）的镍箔和铜箔进行合金化,研究了镍和铜含量对钢/铝异种激光搭接焊焊接接头组织和性能的影响,为钢/铝异种金属激光搭接焊接接头强韧化提供理论基础和基础数据。主要研究内容及结论如下:（1）DP980/A6061异种激光搭接焊接头相变过程及力学性能:激光焊接过程中铝上浮进入钢侧熔池,扩大了δ相区,焊缝析出大量的δ铁素体,导致焊缝纵向硬度分布不均（255～300HV）;界面处形成由Fe2Al5和FeAl3构成的脆性金属间化合物层,峰值厚度为25μm,显微硬度高...
【文章来源】：苏州大学江苏省211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１钢－错混合车身应用（Ｃａｄｉｌｌａｃ?ＣＴ６）［３］??Ｆｉｇ?１．１?Ｃａｄｉｌｌａｃ?ＣＴ６?ｗｈｉｔｅ?ｂｏｄｙ??
环流在小孔后方凝固形成又深又窄的焊缝［２２１，焊缝深度可到２５ｍｍ及以上。??（ａ）?＆）?Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍｓ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍｓ??＼?■?ＫｅｙｈｏｌｅＷ＾??Ｗｅｌｄ?ｐｏｏｌ?ｍ?Ｐ＾ｓｍａ??Ｗｅｌｄ?ｐｏｏｌ?Ｖ?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?、?＼?醫??Ｎ．?Ｉ??？?＼?＼?■?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??￥?ｖ－如熟？??Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?Ｂａｓｅ?ｍｅｔａｌ?Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?＾?Ｂａｓｅ?ｍｅｔａｌ??图１．２焊接原理图：（ａ）热传导焊；（ｂ）深熔焊［２３】??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，?（ａ）?Ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ；（ｂ）?Ｄｅｅｐ?ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ．??相比于传统的电阻点焊、电弧焊及气体保护焊等焊接技术，激光焊接技术具有以下??优势Ｐｄ２６；］：?（１）在保证焊缝成形的条件下，热输入可降至最低，热影响及焊后热变形小；??（２）能量密度高、焊接速度快及焊缝深宽比大；（３）熔池存在时间短，焊后冷却速度快，??焊缝晶粒尺寸小；（４）可焊材料范围广，可实现同种或异种材料的连接；（５）激光焊为非??接触焊，降低施焊过程中空间上的限制。因此激光焊接技术已受到国内外汽车厂商的青??睐，现已被广泛用于汽车领域。??１．４钢／铝激光焊接国内外研究现状??但是对钢／招激光焊接而言，界面处的脆性问题仍难以解决。因此，在明确界面处金??属间化合物的组成的基础上抑制或减少脆性的Ｆｅ－Ａｌ金属间化合物的生成具有重要的意??义。目前以激光为热源，抑制或减少
钢／招激光深熔焊焊接接头组织性能研究?第一章绪论??１．４．１激光钎焊??钢／铝激光钎焊是一种在焊接过程中使得低熔点的钎料和铝合金母材发生熔化铺展??在未熔化的钢板表面，液态钎料和未熔化的钢板金属间互相扩散溶解，从而实现二者的??有效连接［２７Ｗ９］的焊接方式。Ｐ．?Ｐｅｙｒｅ［３Ｑ】等人研宄了镀锌层对ＤＣ０４和Ａ６０６１铝合金焊??接接头的界面显微组织和力学性能的影响，相同焊接参数下，无镀层条件下润湿角为４０°，??而有镀层条件下润湿角仅为２２°?（如图１．３所示）。由此可见，镀锌层有利于提高铝在钢??表面的润湿性；同时还指出锌可减少界面处Ｆｅ－Ａｌ金属间化合物的析出，此外其指出轩??剂也具有相同的润湿作用。焊接接头在热影响区发生断裂，焊接接头的强度可到２３０ＭＰａ，??约是无镀层条件下（ｌｌＯＭＰａ）的两倍。??ｓ，ｅｅ，?一，??图１．３焊接接头横截面宏观：（ａ）无镀层；（ｂ）有镀层［３ｎ］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ａｌｕｍｉｎｉｕｍ－ｓｔｅｅｌ?ｊｏｉｎｔｓ：?（ａ）?ｎｏｎ－ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ；?（ｂ）?ｇａｌａｎｉｚｅｄ．??Ｄｈａｒｍｅｎｄｒａ［３１】等人以Ｚｎ－１５％Ａ１焊丝为钎料，选用双相钢ＤＰ６００和Ａ６０６１铝合金??为研宄对象，通过改变激光功率和送丝速度研宂了界面处金属间化合物层厚度与焊接接??头力学性能之间的关系。研究表明，采用锌基钎料，钎料中的锌与铝将优先发生冶金反??应形成Ａｌ－Ｚｎ相，反应剩余的铝再和铁发生冶金反应形成Ｆｅ－Ａｌ脆性相。界面处的金属??间化合物层厚度可控制在３？２３＠之间；同时当金属间化合物层厚度为８？１２＾ｍ时，焊??接接头的强
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土Ce对钢中铜元素偏析的影响[J]. 王鹏,李长荣,刘然,师帅,李中元. 材料热处理学报. 2018(08)
[2]铜对中碳硅锰钢连续冷却相变的影响[J]. 安治国,孟延军,史远,李建朝,孙晓冉,孙岩. 钢铁. 2017(12)
[3]近期镍市场价格走高的影响因素概述[J]. 姚文静. 中国钛业. 2017 (02)
[4]磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响[J]. 丁浩,徐家乐,谭文胜,黄舒,周建忠. 中国激光. 2017(09)
[5]钢/铝异种金属激光焊接头界面特性的研究[J]. 王晓虹,谷晓燕,孙大千. 机械工程学报. 2017(04)
[6]Cu对铝/钢异种金属电阻点焊接头组织及性能的影响[J]. 张月莹,孙大千,李洪梅,谷晓燕. 长春工业大学学报. 2017(01)
[7]铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响[J]. 马骁,孙大千,段珍珍,谷晓燕,李洪梅. 焊接学报. 2016(12)
[8]温变形对汽车车身用6061铝合金自然时效及力学性能的影响[J]. 李翔,唐建国,张新明,凌利月,刘文辉,廖志宇,杨涛,邓运来. 中国有色金属学报. 2016(01)
[9]镍价格的主要影响因素及其未来价格走势分析[J]. 倪善芹,侯淞译,王洪海,于汶加,陈其慎,陆挺. 资源科学. 2015(05)
[10]添加Sn-5%Zr粉末对激光焊接钢/铝显微组织和性能影响[J]. 周惦武,刘元利,李宁宁,徐少华,刘金水. 中国激光. 2015(05)
博士论文
[1]铸造和热轧高铝304、316L、310S不锈钢组织演化及铝元素作用机制[D]. 孟倩.兰州理工大学 2016
[2]Ni合金相图、相平衡及相变的热力学研究[D]. 熊伟.中南大学 2010
[3]Al/Fe、Al/Ni、Al/Ti液/固界面扩散溶解层研究[D]. 蒋淑英.中国石油大学 2010
[4]铝合金/不锈钢预涂层TIG熔—钎焊特性与界面行为研究[D]. 宋建岭.哈尔滨工业大学 2010
[5]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
[6]Al-Cr-Si、Al-Cr-Ti、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Ni和Nb-Ni体系的晶体结构与相图测定及热力学模拟[D]. 陈海林.中南大学 2008
硕士论文
[1]高钢级管线钢激光/激光—电弧复合焊接接头组织性能研究[D]. 郭鹏飞.安徽工业大学 2018
[2]钢/铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究[D]. 周来沁.湖南大学 2018
[3]交变磁场对钢/铝异种金属激光对接焊接头性能的影响[D]. 丁浩.江苏大学 2017
[4]钢/铝激光焊接头FeAl化合物脆性及组织性能研究[D]. 韦肖飞.湖南大学 2016
[5]激光熔覆原位合成NiAl/Al基复合涂层研究[D]. 肖健.华东交通大学 2015
[6]镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究[D]. 张帆.上海交通大学 2015
[7]粉末成分对铝/钢异种金属激光填粉焊接质量的影响[D]. 杨旭东.长春理工大学 2014
[8]铜—铝异种金属激光焊接研究[D]. 左迪.天津大学 2014
[9]焊接参数对铝/钢激光填粉焊接质量的影响[D]. 邝玉林.长春理工大学 2013
[10]Cu/Al复合带界面结合的热力学/动力学研究[D]. 秦镜.江西理工大学 2012
本文编号：3625933
【文章来源】：苏州大学江苏省211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１钢－错混合车身应用（Ｃａｄｉｌｌａｃ?ＣＴ６）［３］??Ｆｉｇ?１．１?Ｃａｄｉｌｌａｃ?ＣＴ６?ｗｈｉｔｅ?ｂｏｄｙ??
环流在小孔后方凝固形成又深又窄的焊缝［２２１，焊缝深度可到２５ｍｍ及以上。??（ａ）?＆）?Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍｓ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍｓ??＼?■?ＫｅｙｈｏｌｅＷ＾??Ｗｅｌｄ?ｐｏｏｌ?ｍ?Ｐ＾ｓｍａ??Ｗｅｌｄ?ｐｏｏｌ?Ｖ?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?、?＼?醫??Ｎ．?Ｉ??？?＼?＼?■?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??￥?ｖ－如熟？??Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?Ｂａｓｅ?ｍｅｔａｌ?Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?＾?Ｂａｓｅ?ｍｅｔａｌ??图１．２焊接原理图：（ａ）热传导焊；（ｂ）深熔焊［２３】??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，?（ａ）?Ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ；（ｂ）?Ｄｅｅｐ?ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ?ｗｅｌｄｉｎｇ．??相比于传统的电阻点焊、电弧焊及气体保护焊等焊接技术，激光焊接技术具有以下??优势Ｐｄ２６；］：?（１）在保证焊缝成形的条件下，热输入可降至最低，热影响及焊后热变形小；??（２）能量密度高、焊接速度快及焊缝深宽比大；（３）熔池存在时间短，焊后冷却速度快，??焊缝晶粒尺寸小；（４）可焊材料范围广，可实现同种或异种材料的连接；（５）激光焊为非??接触焊，降低施焊过程中空间上的限制。因此激光焊接技术已受到国内外汽车厂商的青??睐，现已被广泛用于汽车领域。??１．４钢／铝激光焊接国内外研究现状??但是对钢／招激光焊接而言，界面处的脆性问题仍难以解决。因此，在明确界面处金??属间化合物的组成的基础上抑制或减少脆性的Ｆｅ－Ａｌ金属间化合物的生成具有重要的意??义。目前以激光为热源，抑制或减少
钢／招激光深熔焊焊接接头组织性能研究?第一章绪论??１．４．１激光钎焊??钢／铝激光钎焊是一种在焊接过程中使得低熔点的钎料和铝合金母材发生熔化铺展??在未熔化的钢板表面，液态钎料和未熔化的钢板金属间互相扩散溶解，从而实现二者的??有效连接［２７Ｗ９］的焊接方式。Ｐ．?Ｐｅｙｒｅ［３Ｑ】等人研宄了镀锌层对ＤＣ０４和Ａ６０６１铝合金焊??接接头的界面显微组织和力学性能的影响，相同焊接参数下，无镀层条件下润湿角为４０°，??而有镀层条件下润湿角仅为２２°?（如图１．３所示）。由此可见，镀锌层有利于提高铝在钢??表面的润湿性；同时还指出锌可减少界面处Ｆｅ－Ａｌ金属间化合物的析出，此外其指出轩??剂也具有相同的润湿作用。焊接接头在热影响区发生断裂，焊接接头的强度可到２３０ＭＰａ，??约是无镀层条件下（ｌｌＯＭＰａ）的两倍。??ｓ，ｅｅ，?一，??图１．３焊接接头横截面宏观：（ａ）无镀层；（ｂ）有镀层［３ｎ］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ａｌｕｍｉｎｉｕｍ－ｓｔｅｅｌ?ｊｏｉｎｔｓ：?（ａ）?ｎｏｎ－ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ；?（ｂ）?ｇａｌａｎｉｚｅｄ．??Ｄｈａｒｍｅｎｄｒａ［３１】等人以Ｚｎ－１５％Ａ１焊丝为钎料，选用双相钢ＤＰ６００和Ａ６０６１铝合金??为研宄对象，通过改变激光功率和送丝速度研宂了界面处金属间化合物层厚度与焊接接??头力学性能之间的关系。研究表明，采用锌基钎料，钎料中的锌与铝将优先发生冶金反??应形成Ａｌ－Ｚｎ相，反应剩余的铝再和铁发生冶金反应形成Ｆｅ－Ａｌ脆性相。界面处的金属??间化合物层厚度可控制在３？２３＠之间；同时当金属间化合物层厚度为８？１２＾ｍ时，焊??接接头的强
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土Ce对钢中铜元素偏析的影响[J]. 王鹏,李长荣,刘然,师帅,李中元. 材料热处理学报. 2018(08)
[2]铜对中碳硅锰钢连续冷却相变的影响[J]. 安治国,孟延军,史远,李建朝,孙晓冉,孙岩. 钢铁. 2017(12)
[3]近期镍市场价格走高的影响因素概述[J]. 姚文静. 中国钛业. 2017 (02)
[4]磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响[J]. 丁浩,徐家乐,谭文胜,黄舒,周建忠. 中国激光. 2017(09)
[5]钢/铝异种金属激光焊接头界面特性的研究[J]. 王晓虹,谷晓燕,孙大千. 机械工程学报. 2017(04)
[6]Cu对铝/钢异种金属电阻点焊接头组织及性能的影响[J]. 张月莹,孙大千,李洪梅,谷晓燕. 长春工业大学学报. 2017(01)
[7]铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响[J]. 马骁,孙大千,段珍珍,谷晓燕,李洪梅. 焊接学报. 2016(12)
[8]温变形对汽车车身用6061铝合金自然时效及力学性能的影响[J]. 李翔,唐建国,张新明,凌利月,刘文辉,廖志宇,杨涛,邓运来. 中国有色金属学报. 2016(01)
[9]镍价格的主要影响因素及其未来价格走势分析[J]. 倪善芹,侯淞译,王洪海,于汶加,陈其慎,陆挺. 资源科学. 2015(05)
[10]添加Sn-5%Zr粉末对激光焊接钢/铝显微组织和性能影响[J]. 周惦武,刘元利,李宁宁,徐少华,刘金水. 中国激光. 2015(05)
博士论文
[1]铸造和热轧高铝304、316L、310S不锈钢组织演化及铝元素作用机制[D]. 孟倩.兰州理工大学 2016
[2]Ni合金相图、相平衡及相变的热力学研究[D]. 熊伟.中南大学 2010
[3]Al/Fe、Al/Ni、Al/Ti液/固界面扩散溶解层研究[D]. 蒋淑英.中国石油大学 2010
[4]铝合金/不锈钢预涂层TIG熔—钎焊特性与界面行为研究[D]. 宋建岭.哈尔滨工业大学 2010
[5]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
[6]Al-Cr-Si、Al-Cr-Ti、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Ni和Nb-Ni体系的晶体结构与相图测定及热力学模拟[D]. 陈海林.中南大学 2008
硕士论文
[1]高钢级管线钢激光/激光—电弧复合焊接接头组织性能研究[D]. 郭鹏飞.安徽工业大学 2018
[2]钢/铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究[D]. 周来沁.湖南大学 2018
[3]交变磁场对钢/铝异种金属激光对接焊接头性能的影响[D]. 丁浩.江苏大学 2017
[4]钢/铝激光焊接头FeAl化合物脆性及组织性能研究[D]. 韦肖飞.湖南大学 2016
[5]激光熔覆原位合成NiAl/Al基复合涂层研究[D]. 肖健.华东交通大学 2015
[6]镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究[D]. 张帆.上海交通大学 2015
[7]粉末成分对铝/钢异种金属激光填粉焊接质量的影响[D]. 杨旭东.长春理工大学 2014
[8]铜—铝异种金属激光焊接研究[D]. 左迪.天津大学 2014
[9]焊接参数对铝/钢激光填粉焊接质量的影响[D]. 邝玉林.长春理工大学 2013
[10]Cu/Al复合带界面结合的热力学/动力学研究[D]. 秦镜.江西理工大学 2012
本文编号：3625933
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