汽车用钢/铝合金激光搭接焊接工艺研究

发布时间：2021-08-10 13:28

　　汽车制造时将钢/铝合金结合起来使用,能够实现车身强度不降低的前提下,极大地减轻车身的质量,以实现节能减排的目的。选取100 mm×50 mm×1.5 mm的DC01冷轧钢板和相同尺寸的6010铝合金进行光纤激光搭接焊接试验。试验发现,当激光功率P=1 900 W,焊接速度v=45 mm/s,离焦量f=-3 mm时获得的焊接接头剪切强度达到最大值100.21 MPa。随后在搭接面添加0.2 mm的Cu中间层后,实验结果表明,添加Cu中间层后接头强度提升到144.91 MPa,焊缝中心硬度显著提高。金相显微镜观察表明,添加Cu中间层可以增大焊缝深宽比,同时细化晶粒。XRD结果表明,添加中间层后有新物相生成,主要为Al-Cu系化合物。EDS线扫描结果发现,添加中间层后金属间化合物层由40μm降低至20μm。 

【文章来源】：应用激光. 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

母材放置方式

硬度的变化趋势是焊接接头组织和力学性能的一个评判标准。图6是钢/铝合金焊接接头添加中间层前后铝侧显微硬度分布,可以看出,两种焊接接头的硬度分布大致为两端高、中间低,从母材到焊缝区显微硬度呈先增大后减小的变化趋势。激光焊接接头主要由母材、热影响区、熔合区和焊缝组成。硬度分布呈现该趋势主要是由于熔池内液态金属的温度梯度(G)、过冷度、晶体生长速度(R)和合金元素含量造成的。激光深熔焊时熔池内液态金属具有较大的过冷度,这往往有利于枝状晶的生长。焊缝中心与边缘晶粒差别主要与G∶R比值有关。在熔合线附近温度梯度较大,G∶R比值较大,有利于枝状晶的形成;焊缝中心区域温度梯度小、晶体生长速度快,G∶R比值较小,有利于等轴晶的形成[14]。焊缝的硬度与焊缝组织和合金元素的含量有关。焊缝的 晶粒比母材的晶粒小,焊缝硬度受细晶强化的影响而高于母材。由于熔合区的合金元素含量高于焊缝中心区,焊接接头熔合区的硬度大于焊缝中心区等轴晶的硬度。未添加中间层时,焊接接头最高硬度为1 231 HV,焊缝中心硬度在500 HV-750 HV的范围;添加Cu层后,焊接接头最高硬度为1 373 HV,焊缝中心硬度由于细晶强化作用而显著提高,大致为750 HV～1 000 HV。

由焊接热输入公式E=P/(vd)可知,当光斑直径d不变时,激光功率P和焊接速度v是影响焊接热输入值的重要参数,焊接热输入E的大小决定焊缝的熔宽和熔深[11]。由图2可知,当焊接速度v为45 mm/s,离焦量f为-3 mm时,随着激光功率P的增加,热输入E增加,材料的流动性增强,因此焊缝熔宽由图2(a)到(e)逐渐增加,热影响区的宽度也随之增加。功率为1 900 W时焊缝表面鱼鳞纹细密均匀,焊缝边缘过渡连续、圆滑,焊缝背面未焊透,热影响区窄,焊缝成形质量比较理想,剪切强度达到最高,为100.21 MPa。当功率增加到2 000 W,焊接热输入继续增加,熔宽和热影响区变大,焊接时有明显飞溅产生,导致熔池金属量减小,焊缝表面凹凸起伏,边缘有焊瘤产生,成形质量较差。此外,焊缝背面焊穿,导致背面气体保护性能不良,有开裂现象,剪切强度降低,仅为21.33 MPa。2.1.2 焊接速度对焊缝成形的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同焊接方法对铝合金焊缝成形及力学性能的影响研究[J]. 杨喜昌,刘佳,张继彬,石岩,蒋士春,栗红星.  应用激光. 2016(05)
[2]高强钢板在汽车上的应用及冲压成形性能研究现状[J]. 杨亘,夏琴香,邱遵文,叶福源.  现代制造工程. 2012(07)
[3]316L不锈钢薄板脉冲激光焊工艺参数及接头组织特征[J]. 阎小军,杨大智,刘黎明.  焊接学报. 2004(03)

博士论文
[1]万瓦级光纤激光深熔焊接厚板金属蒸汽行为与缺陷控制[D]. 张明军.湖南大学 2013
[2]铝/钢异种金属激光填充粉末熔钎焊接技术研究[D]. 赵旭东.北京工业大学 2012

硕士论文
[1]白车身激光焊接单元设计与搭接焊接头性能研究[D]. 顾春影.湖南大学 2011



本文编号：3334148