铝/钢激光焊接头组织、力学性能及界面化合物计算

发布时间：2022-10-11 18:53

　　大规模,集成化和高效生产是未来制造业的方向发展,为适应这种发展趋势,工业生产对现有的材料焊接技术提出了更高的要求。伴随着科学技术的发展,各种新型焊接技术应运而生,激光焊接就是在这一背景下诞生的。激光焊接具有很高的加热精度和焊接速度,能够适应大规模生产的要求。目前在工业上大规模应用于比强度较高的铝/钢异种金属材料复合结构焊接,这对于节能减排有十分重要的意义。但是,铝/钢异种金属激光焊接较为复杂,二者的物理性能差异较大,焊缝冷却后容易形成大量金属间化合物并引发接头产生显微裂纹,严重的恶化接头的力学性能。因此,对界面微观组织的观察和金属间化合物的控制与性能研究是个热门的话题。本文利用Nd:YAG脉冲激光焊机和光纤激光焊机研究了铝/钢异种金属激光焊接封边、搭接和T型焊接三种形式接头的微观组织结构和力学性能,并对铝/钢界面常见的几种金属间化合物力学性能和电子结构做了第一性原理计算。首先,本文利用Nd:YAG脉冲激光焊机进行了铝/钢异种金属封边焊接实验。重点优化了激光焊接参数,观察了焊缝形貌,显微裂纹,金属间化合物等组织和接头抗拉剪力随焊接线能量的变化,并分析了各参数对焊接质量影响的顺序。结果表明... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 铝/钢激光焊接技术
        1.2.1 激光焊接特点
        1.2.2 激光焊接应用
        1.2.3 铝/钢激光焊接技术难点
        1.2.4 铝/钢焊接技术国内外研究现状
    1.3 第一性原理计算
        1.3.1 第一性原理的定义
        1.3.2 第一性原理在焊接领域应用
    1.4 研究内容及目的
第2章 实验材料,方法和设备
    2.1 实验材料
    2.2 实验方法
    2.3 实验设备
第3章 铝/钢激光封边焊参数优化及界面组织
    3.1 正交实验
        3.1.1 正交实验概念
        3.1.2 正交实验原理
        3.1.3 焊接工艺参数优化内容
    3.2 实验参数运算及拉伸测试结果分析
        3.2.1 焊接线能量
        3.2.2 抗剪切测试结果及分析
    3.3 接头组织及元素性能分析
        3.3.1 接头形貌分析
        3.3.2 焊接区能谱分析
    3.4 接头力学性能分析
        3.4.1 接头硬度测试
        3.4.2 接头断裂形貌分析
    3.5 本章小结
第4章 铝/钢激光搭接焊接头失效及力学性能增强机理
    4.1 铝基板镀铜
    4.2 接头形貌随镀铜层演变
        4.2.1 焊前参数选择
        4.2.2 焊缝形貌及金相组织分析
    4.3 接头元素分布随镀铜层演变
        4.3.1 界面元素分布规律
        4.3.2 铝/钢元素在接头分布
    4.4 界面组织分析
        4.4.1 界面组织EDS分析
        4.4.2 界面组织XRD分析
    4.5 接头力学性能分析
        4.5.1 接头抗剪切力和显微硬度
    4.6 接头断裂特征
        4.6.1 接头断裂位置
        4.6.2 断口分析
    4.7 接头失效及力学性能强化机理
    4.8 本章小结
第5章 金属间化合物及其性能
    5.1 铝/钢接收激光能量密度与接头形貌
        5.1.1 实验方法
        5.1.2 能量密度比值计算
        5.1.3 焊缝形貌与激光入射角度
    5.2 界面金属间化合物
        5.2.1 金属间化合物形貌
        5.2.2 金属间化合物成分分析
    5.3 接头硬度纳米压痕测试
    5.4 金属间化合物力学性能第一性原理计算
        5.4.1 金属间化合物空间结构
        5.4.2 金属间化合物晶格常数
        5.4.3 金属间化合物力学性能
        5.4.4 金属间化合物电子结构
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]铜包铝复合材料界面金属间化合物及形成机理（英文）[J]. 初娣,张建宇,姚金金,韩艳秋,吴春京.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(11)
[2]新型铝钢搅拌摩擦焊对接工艺分析[J]. 张忠科,胥春龙,彭军,于洋,王希靖.  轻合金加工技术. 2017(04)
[3]汽车行业温室气体排放管理政策国际经验及对我国的启示[J]. 张丽欣,任昊,王峰,曾桉.  中国能源. 2016(07)
[4]Fe含量对Al-Fe合金组织及性能的影响[J]. 刘航,刘新宽,刘平,陈小红,李伟,何代华.  电子科技. 2016(04)
[5]脉冲激光焊铝/钢异种接头组织和性能（英文）[J]. 杨瑾,李玉龙,张华.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(04)
[6]铝/钢双脉冲MIG熔-钎焊中电弧作用方式对焊缝成形与力学性能的影响[J]. 吴建飞,李桓,韦辉亮,张玉昌.  焊接学报. 2016(03)
[7]纳米压痕技术在材料力学测试中的应用[J]. 靳巧玲,李国禄,王海斗,刘金娜,张建军.  表面技术. 2015(12)
[8]铝/钢异种金属小功率YAG激光焊接工艺[J]. 李玉龙,李鹤,赵诚.  应用激光. 2015(04)
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博士论文
[1]铝钢异种材料激光焊接工艺与机理研究[D]. 杨瑾.南昌大学 2015

硕士论文
[1]硫化铜钼矿浮选分离及其过程的第一性原理研究[D]. 曾锦明.中南大学 2012



本文编号：3691104