钢/铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究
发布时间：2023-10-20 20:04
汽车轻量化成为21世纪汽车技术的前沿和热点,车身上大量使用轻质材料已成为汽车产业的发展趋势,而双相钢与铝合金作为良好的轻量化材料已得到广泛利用。对于双相钢、铝合金的连接而言,由于两者之间物理、化学性能差异明显,易生成脆性Fe-Al化合物,因此难以获得优质的钢/铝接头。为探索一种新的钢/铝连接方法,本文选取汽车车身用DP590双相钢与6016铝合金作为研究对象,基于第一性原理计算,研究粉末原子在Fe-Al化合物晶胞中的置换可能性与占位规律,选择并设计粉末元素,进行钢上/铝下搭接、钢/铝层间添加中间层粉末的激光焊接试验,利用金相显微镜、带EDS与EBSD探头的环境扫描电镜和微机控制电子万能试验机等研究焊缝成形、焊缝相组成、晶粒大小、界面元素与分布及接头抗剪性能,探索中间层粉末对双相钢/铝合金激光搭接焊时的作用及改善焊接接头性能的机理。研究结果期望为车用双相钢/铝合金的优质焊接提供新的研究思路,并为推进汽车轻量化提供重要理论依据和实验基础。通过粉末原子分别替代FeAl化合物中的Fe原子或Al原子,计算Fe8Al8超胞的形成热、弹性常数、电子结构,发...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钢/铝异种金属的焊接的难点
1.3 激光焊接技术
1.3.1 激光焊接原理
1.3.2 激光焊接的技术特点
1.4 钢/铝激光焊接研究的进展
1.5 钢/铝合金焊接添加中间层元素的研究
1.6 本论文的研究内容
第2章 钢/铝激光搭接焊方案、设备及软件介绍
2.1 试验材料
2.2 试验设备系统
2.2.1 激光器介绍
2.2.2 焊接设备
2.2.3 光谱仪
2.3 试验方案
2.3.1 焊接试验
2.3.2 光谱试验
2.4 检测方法
2.4.1 接头力学性能检测
2.4.2 焊接接头显微检测
2.5 计算方法与分析软件
2.5.1 第一性原理计算
2.5.2 JMatpro金属相图计算软件
2.5.3 MSC.MARC-visualfortran二次开发软件
2.6 本章小结
第3章 钢/铝异种焊接中间层元素设计
3.1 引言
3.2 Fe-Al金属间化合物的晶胞结构
3.3 计算方法和计算模型
3.3.1 计算晶体结构与模型
3.3.2 形成热的计算
3.3.3 弹性常数
3.3.4 电子结构分析
3.4 添加中间层元素焊接工艺的可行性
3.5 钢铝异种焊接中间层元素及形态的确定
3.6 本章小结
第4章 钢/铝异种激光焊接实验结果及接头分析
4.1 引言
4.2 工艺参数优化
4.2.1 激光功率对焊缝成型性的影响
4.2.2 离焦量对焊缝成型性的影响
4.2.3 激光速率对焊缝成型性的影响
4.3 添加粉Ti对金属蒸气/等离子光谱的影响
4.4 钢铝激光焊接接头微观组织
4.4.1 焊接接头的SEM分析
4.4.2 焊接接头的能谱(EDS)分析
4.5 焊接试样力学性能、断口形貌及XRD分析
4.5.1 试样力学性能
4.5.2 断口形貌分析
4.5.3 焊接界面XRD分析
4.6 接头界面处EBSD分析
4.7 接头物相延脆性计算与分析
4.7.1 计算模型
4.7.2 延脆性计算
4.8 本章总结
第5章 中间层对钢铝焊接温度场的影响
5.1 引言
5.2 温度场模拟理论基础
5.2.1 焊接传热原理
5.2.2 温度场的控制方程
5.2.3 初始条件与边界条件
5.3 钢/铝激光焊接温度场数值模拟过程
5.3.1 激光焊数值模拟的基本假设
5.3.2 有限元几何模型的建立及网格划分
5.3.3 热源模型的选取
5.3.4 材料热物理性能参数
5.3.5 初始条件及边界条件设定
5.4 焊温度场模拟结果与分析
5.4.1 温度场模拟结果验证
5.4.2 焊接温度场的分布特点
5.4.3 焊接热循环曲线
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录 A攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3855450
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钢/铝异种金属的焊接的难点
1.3 激光焊接技术
1.3.1 激光焊接原理
1.3.2 激光焊接的技术特点
1.4 钢/铝激光焊接研究的进展
1.5 钢/铝合金焊接添加中间层元素的研究
1.6 本论文的研究内容
第2章 钢/铝激光搭接焊方案、设备及软件介绍
2.1 试验材料
2.2 试验设备系统
2.2.1 激光器介绍
2.2.2 焊接设备
2.2.3 光谱仪
2.3 试验方案
2.3.1 焊接试验
2.3.2 光谱试验
2.4 检测方法
2.4.1 接头力学性能检测
2.4.2 焊接接头显微检测
2.5 计算方法与分析软件
2.5.1 第一性原理计算
2.5.2 JMatpro金属相图计算软件
2.5.3 MSC.MARC-visualfortran二次开发软件
2.6 本章小结
第3章 钢/铝异种焊接中间层元素设计
3.1 引言
3.2 Fe-Al金属间化合物的晶胞结构
3.3 计算方法和计算模型
3.3.1 计算晶体结构与模型
3.3.2 形成热的计算
3.3.3 弹性常数
3.3.4 电子结构分析
3.4 添加中间层元素焊接工艺的可行性
3.5 钢铝异种焊接中间层元素及形态的确定
3.6 本章小结
第4章 钢/铝异种激光焊接实验结果及接头分析
4.1 引言
4.2 工艺参数优化
4.2.1 激光功率对焊缝成型性的影响
4.2.2 离焦量对焊缝成型性的影响
4.2.3 激光速率对焊缝成型性的影响
4.3 添加粉Ti对金属蒸气/等离子光谱的影响
4.4 钢铝激光焊接接头微观组织
4.4.1 焊接接头的SEM分析
4.4.2 焊接接头的能谱(EDS)分析
4.5 焊接试样力学性能、断口形貌及XRD分析
4.5.1 试样力学性能
4.5.2 断口形貌分析
4.5.3 焊接界面XRD分析
4.6 接头界面处EBSD分析
4.7 接头物相延脆性计算与分析
4.7.1 计算模型
4.7.2 延脆性计算
4.8 本章总结
第5章 中间层对钢铝焊接温度场的影响
5.1 引言
5.2 温度场模拟理论基础
5.2.1 焊接传热原理
5.2.2 温度场的控制方程
5.2.3 初始条件与边界条件
5.3 钢/铝激光焊接温度场数值模拟过程
5.3.1 激光焊数值模拟的基本假设
5.3.2 有限元几何模型的建立及网格划分
5.3.3 热源模型的选取
5.3.4 材料热物理性能参数
5.3.5 初始条件及边界条件设定
5.4 焊温度场模拟结果与分析
5.4.1 温度场模拟结果验证
5.4.2 焊接温度场的分布特点
5.4.3 焊接热循环曲线
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录 A攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3855450
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