双相钢/镁合金添加Sn箔激光焊接头连接机理研究
发布时间：2020-12-26 02:24
使用车身轻量化材料实现汽车减重必然涉及到双相钢和镁合金之间的连接,但钢、镁熔沸点差异大,无法达到同时熔化,此外,Mg在Fe中不固溶,无法生成固溶体或金属间化合物,因此实现双相钢与镁合金焊接十分困难。为探索一种钢/镁异种金属的连接方法,本文以车用1.4mm厚DP600双相钢和1.8mm厚AZ31镁合金为研究对象,提出钢上、镁下搭接,钢/镁层间添加Sn箔的激光焊接工艺,采用卧式金相显微镜、带EDS和EBSD探头的扫描电镜、XRD衍射仪、显微硬度仪、微机控制电子万能试验机研究添加Sn箔的双相钢/镁合金接头的金相组织、界面元素分布、相分布和含量、晶粒大小以及力学性能,同时利用ANSYS有限元数值模拟和基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从能量传递和冶金学角度,探讨添加Sn箔钢/镁焊接接头的连接机理。研究结果期望为解决Fe和Mg的连接技术奠定理论基础,同时为钢/镁结构件激光焊接的推广应用提供实验依据。以获得最佳焊缝表面形貌为目标,采用光纤激光器对添加Sn箔的双相钢/镁合金激光搭接焊工艺进行优化,发现当激光功率P=1400W,焊接速度V=30mm/s,离焦量f=+2mm时,焊接成形性良好,分析焊...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３镇合金与不同表面状态钢板接头界面微观形貌口ｏ－ｓｉｌ??ａ）读合金巧渡巧钢板；ｂ）镇合金与普通钢板??
接头最大载荷、失效位置也有一定的规律，研究结果对读／钢异种金属攪拌摩??擦焊工艺应用有重要的指导意义。??图１．３镇合金与不同表面状态钢板接头界面微观形貌口ｏ－ｓｉｌ??ａ）读合金巧渡巧钢板；ｂ）镇合金与普通钢板??Ｓ．Ｊａｎｅ等人口２鸣及Ｃ．?Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ［２３］等人先后利用揽拌摩擦焊技术对镇合金／锻??锋钢进行焊接，同样也发现锻巧钢板表面巧层的烙化促进了其与镇的反应，生成??低烙点的Ｍｇ－Ｚｎ合金层，如图１．４，二者界面上产生了一定冶金结合，有利于提??高镑／钢接头的力学性能。??識務谈确欧這馴??垫繼键ＭｆｃＪｌ??图１．４钢／读接头界面上的Ｍｇ－Ｚｎ合金相口３Ｉ??近年来，在揽拌摩擦焊的基础上迅速发展了攒拌摩擦点焊巧ＳＳＷ），它是由??民．Ｓａｋａｎｏ等人研究开发的一种创新的压焊技术，其焊缝外观与电阻点焊类似口４１，??较传统的电阻点焊具有更优异的性能，在焊接镑、铅等轻质合金有广泛的应用前??景。Ｌｉｙａｎａｇｅ等人ＰＳ１研究了?ＡＭ６０镇合金与镇巧ＤＰ６００不诱钢异种材料攒拌摩??擦点焊的措接结构，拉伸接头断裂在焊缝摸／钢的混合区域，利用ＳＥＭ对该区域??８??
进行分析发现，镇／钢异种材料之间并没有形成金属间化合物层。此外，镇合金母??材与银巧层在较低温度下会形成（ａ－Ｍｇ）?＋?ＭｇＺｎ共晶相，而且这种组织的溶点低，??在揽拌摩擦点焊焊接过程中，会发生融化，从而萌生裂纹，图１．５白色虚框位置??是接头裂纹源的位置。这说明了链悴层不利于提高揽拌摩擦点焊的接头性能，焊??前去除被锋不诱钢表面的锻巧层有利于镑／钢的焊接。??Ｐ??图１．５愤拌摩擦点焊镇钢接头断裂位置口Ｓ１??？?？Ｓｒ－??１．４．２电阻点焊?－??电阻点焊（ＲＳＷ）也是车身板材常用的一种焊接方式。Ｗａｔａｎａｂｅ等人ＰＷ采用电??阻点焊工艺，通过添加不同厚度的不诱钢金應层对镑／钢异种金属之间的连接展开??实验，研究了不同厚度的不诱钢金属层和电极头几何尺寸对点焊接头性能的影响??规律。实验结果表明：镑／钢之间在未添加不诱钢金属层时，接头强度随着焊接电??流的增加而增加，这是因为高温下融化的基体读合金在挤出时破碎了镇／钢界面的??氧化膜；适当厚度的金属层有助于接头性能的提高，这是因为过厚的金属中间层??会使镇基体大量飞漉，从而降低接头强度。采用平头状电极并附加钢垫片可Ｗ减??少镇基体一侧电极插入深度
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定[J]. 何宽芳,张卓杰,谭智,成勇. 热加工工艺. 2015(11)
[2]铝合金与钢的异种材料点连接研究现状[J]. 石红信,陈艳平,邱然锋,戴路,张柯柯. 电焊机. 2014(08)
[3]基于镍合金中间层的镁/钢异质金属激光-电弧复合胶焊技术[J]. 王红阳,张兆栋,曹贺. 焊接学报. 2014(04)
[4]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[5]镀锌钢/6016铝合金激光焊的BP神经网络工艺优化及组织和性能[J]. 周惦武,乔小杰,张丽娟,李升. 中国有色金属学报. 2014(03)
[6]钛合金薄板激光对接焊温度场的数值模拟[J]. 刘西霞,黄锐,姚刚,彭继忠,张屹. 激光技术. 2013(05)
[7]双相钢焊接性及其激光焊的研究现状[J]. 郭明忠,刘军,孙立人,修宏建. 焊接. 2013(03)
[8]车用双相钢激光焊接接头组织性能研究[J]. 董丹阳,王观军,马敏,姜涛. 中国激光. 2012(09)
[9]镁合金/不锈钢激光-TIG复合焊的数值分析[J]. 李迅波,吴刚,曾志,王锦夏,赵刚. 焊接学报. 2011(08)
[10]不锈钢激光搭接焊接头温度场数值模拟及分析[J]. 褚庆臣,何秀丽,虞钢,郑彩云,赵树森,宁伟健. 中国激光. 2010(12)
硕士论文
[1]激光胶接焊双相钢/铝合金胶层焊接行为及作用机理研究[D]. 李宁宁.湖南大学 2015
[2]DP600双相高强度钢电阻点焊过程的数值分析[D]. 谢俊.华中科技大学 2011
本文编号：2938849
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３镇合金与不同表面状态钢板接头界面微观形貌口ｏ－ｓｉｌ??ａ）读合金巧渡巧钢板；ｂ）镇合金与普通钢板??
接头最大载荷、失效位置也有一定的规律，研究结果对读／钢异种金属攪拌摩??擦焊工艺应用有重要的指导意义。??图１．３镇合金与不同表面状态钢板接头界面微观形貌口ｏ－ｓｉｌ??ａ）读合金巧渡巧钢板；ｂ）镇合金与普通钢板??Ｓ．Ｊａｎｅ等人口２鸣及Ｃ．?Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ［２３］等人先后利用揽拌摩擦焊技术对镇合金／锻??锋钢进行焊接，同样也发现锻巧钢板表面巧层的烙化促进了其与镇的反应，生成??低烙点的Ｍｇ－Ｚｎ合金层，如图１．４，二者界面上产生了一定冶金结合，有利于提??高镑／钢接头的力学性能。??識務谈确欧這馴??垫繼键ＭｆｃＪｌ??图１．４钢／读接头界面上的Ｍｇ－Ｚｎ合金相口３Ｉ??近年来，在揽拌摩擦焊的基础上迅速发展了攒拌摩擦点焊巧ＳＳＷ），它是由??民．Ｓａｋａｎｏ等人研究开发的一种创新的压焊技术，其焊缝外观与电阻点焊类似口４１，??较传统的电阻点焊具有更优异的性能，在焊接镑、铅等轻质合金有广泛的应用前??景。Ｌｉｙａｎａｇｅ等人ＰＳ１研究了?ＡＭ６０镇合金与镇巧ＤＰ６００不诱钢异种材料攒拌摩??擦点焊的措接结构，拉伸接头断裂在焊缝摸／钢的混合区域，利用ＳＥＭ对该区域??８??
进行分析发现，镇／钢异种材料之间并没有形成金属间化合物层。此外，镇合金母??材与银巧层在较低温度下会形成（ａ－Ｍｇ）?＋?ＭｇＺｎ共晶相，而且这种组织的溶点低，??在揽拌摩擦点焊焊接过程中，会发生融化，从而萌生裂纹，图１．５白色虚框位置??是接头裂纹源的位置。这说明了链悴层不利于提高揽拌摩擦点焊的接头性能，焊??前去除被锋不诱钢表面的锻巧层有利于镑／钢的焊接。??Ｐ??图１．５愤拌摩擦点焊镇钢接头断裂位置口Ｓ１??？?？Ｓｒ－??１．４．２电阻点焊?－??电阻点焊（ＲＳＷ）也是车身板材常用的一种焊接方式。Ｗａｔａｎａｂｅ等人ＰＷ采用电??阻点焊工艺，通过添加不同厚度的不诱钢金應层对镑／钢异种金属之间的连接展开??实验，研究了不同厚度的不诱钢金属层和电极头几何尺寸对点焊接头性能的影响??规律。实验结果表明：镑／钢之间在未添加不诱钢金属层时，接头强度随着焊接电??流的增加而增加，这是因为高温下融化的基体读合金在挤出时破碎了镇／钢界面的??氧化膜；适当厚度的金属层有助于接头性能的提高，这是因为过厚的金属中间层??会使镇基体大量飞漉，从而降低接头强度。采用平头状电极并附加钢垫片可Ｗ减??少镇基体一侧电极插入深度
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定[J]. 何宽芳,张卓杰,谭智,成勇. 热加工工艺. 2015(11)
[2]铝合金与钢的异种材料点连接研究现状[J]. 石红信,陈艳平,邱然锋,戴路,张柯柯. 电焊机. 2014(08)
[3]基于镍合金中间层的镁/钢异质金属激光-电弧复合胶焊技术[J]. 王红阳,张兆栋,曹贺. 焊接学报. 2014(04)
[4]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[5]镀锌钢/6016铝合金激光焊的BP神经网络工艺优化及组织和性能[J]. 周惦武,乔小杰,张丽娟,李升. 中国有色金属学报. 2014(03)
[6]钛合金薄板激光对接焊温度场的数值模拟[J]. 刘西霞,黄锐,姚刚,彭继忠,张屹. 激光技术. 2013(05)
[7]双相钢焊接性及其激光焊的研究现状[J]. 郭明忠,刘军,孙立人,修宏建. 焊接. 2013(03)
[8]车用双相钢激光焊接接头组织性能研究[J]. 董丹阳,王观军,马敏,姜涛. 中国激光. 2012(09)
[9]镁合金/不锈钢激光-TIG复合焊的数值分析[J]. 李迅波,吴刚,曾志,王锦夏,赵刚. 焊接学报. 2011(08)
[10]不锈钢激光搭接焊接头温度场数值模拟及分析[J]. 褚庆臣,何秀丽,虞钢,郑彩云,赵树森,宁伟健. 中国激光. 2010(12)
硕士论文
[1]激光胶接焊双相钢/铝合金胶层焊接行为及作用机理研究[D]. 李宁宁.湖南大学 2015
[2]DP600双相高强度钢电阻点焊过程的数值分析[D]. 谢俊.华中科技大学 2011
本文编号：2938849
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