钢/铝添加粉末激光焊接头界面组织与性能

发布时间：2024-03-03 15:02

　　基于密度泛函理论的第一性原理,利用层技术构建钢/铝激光焊接的Fe/Al界面模型,研究金属原子X(X=Sn,Sr,Zr,Ce,La)置换Fe/Al界面模型中Fe(Al)原子的合金形成热及其体系电子结构。结果表明:Sn,Sr,Ce优先置换Fe/Al界面处的Al原子,而La,Zr优先置换Fe/Al界面处的Fe原子,合金化促进Fe/Al界面电子在不同轨道之间的转移,增强Fe-Al的离子键性能,提高Fe/Al界面结合能力,改善Fe/Al界面的脆性断裂,其中Sn的合金化效果最显著。在此基础上,进行1.4mm厚DC51D+ZF镀锌钢和1.2mm厚6016铝合金试件添加Sn,Zr粉的激光搭接焊实验,结果显示:添加粉末可促进焊接熔池的流动性,改变接头界面成分和显微组织,添加Sn粉激光焊钢/铝接头的抗拉强度327.41MPa,伸长率22.93%,较添加Zr粉和未添加粉末有了明显提高。

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【部分图文】：

图１计算模型（ａ）Ａｌ（１１０）面；（ｂ）Ｆｅ（１００）面；（ｃ）Ｆｅ／Ａｌ界面Ｆｉｇ．１Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ（ａ）Ａｌ（１１０）ｓｕｒｆａｃｅ；（ｂ）Ｆｅ（１００）ｓｕｒｆａｃｅ；（ｃ）Ｆｅ／Ａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ

对Ｆｅ／Ａｌ界面结合强度的计算结果，确定钢／铝激光焊添加金属粉末的元素，再通过焊接实验验证本工作的理论计算结果。１计算与实验方法１．１计算模型与方法采用层技术，通过Ｆｅ／Ａｌ层间距、晶格错配度以及计算条件和方法的测试。构建界面模型前，测试发现Ａｌ（１１０）面（图１（ａ））与Ｆｅ（....

图２Ｆｅ／Ａｌ添粉激光焊示意图Ｆｉｇ．２Ｆｅ／Ａｌｌａｓｅｒｆｉｌｌｐｏｗｄｅｒｗｅｌｄｉｎｇｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ

金，ＤＣ５１Ｄ＋ＺＦ镀锌钢尺寸１．４ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ，６０１６铝合金尺寸１．２ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ。进行钢上铝下的激光搭接焊，激光添粉焊示意图如图２所示。搭接长度３０ｍｍ，粉末的添加含量约为０．２ｇ，激光束无倾斜角垂直照射在钢板表面，采用氩气对焊缝正面进行保护，通....

图３添加粉前后的钢／铝试样断口形貌（ａ）未添加粉；（ｂ）添加Ｚｒ粉；（ｃ）添加Ｓｎ粉Ｆｉｇ．３Ｆｒａｃｔｕｒｅｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｅｎｓｉｌｅｓａｍｐｌｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｐｏｗｄｅｒ

．４９４７．１５０．９９ＺｒＡｌ１７．７６２８．８８４６．６４１．０５ＣｅＡｌ１７．６６２９．３６４７．０２１．０２ＬａＡｌ１７．７６２９．７９４７．５５１．１４有利于Ｆｅ／Ａｌ界面处的结合，从而改善Ｆｅ／Ａｌ界面的脆性断裂。其中，Ｓｎ的合金化对改善Ｆｅ／Ａｌ界面的效果最好。这与....

图４焊接接头不同区域的线扫描ＥＤＳ成分分析（ａ）钢／铝；（ｂ）钢／锆／铝；（ｃ）钢／锡／铝Ｆｉｇ．４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥＤＳｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｌｉｎｅｓｃａｎｎｉｎｇｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓｏｆｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｓ

合宽度测定为１５０μｍ。与未添加粉末的钢／铝焊接接头能谱图相比（图４（ａ）），添加Ｚｒ后，Ｆｅ和Ａｌ成分曲线上升或下降都比较均匀，混合也均匀，没有明显的凸变，Ｆｅ和Ａｌ之间的熔合性强于前者，说明Ｚｒ粉末的添加有促进熔池流动性的作用。并在下层ｃ线出现了两次明显的台阶，说明在交界处有....

本文编号：3917963