鋁-鋼激光熔釬焊實驗及工藝參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，環(huán)境保護(hù)和能源供應(yīng)問題日趨嚴(yán)峻，對節(jié)能減排的要求也越來越嚴(yán)格。輕量化是實現(xiàn)節(jié)能減排要求的有效途徑，鋁合金與鋼形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)能顯著減輕結(jié)構(gòu)重量，達(dá)到節(jié)約能源和減少氣體排放的目的。因而在航空、造船、汽車等工業(yè)中顯示出獨特的優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景。
　　本文通過添加不同含硅量的焊絲，使用激光作為熱源對鋁/鋼異種金屬對接接頭進(jìn)行熔釬焊試驗。研究硅含量以及工藝參數(shù)對接頭焊縫成形、微觀組織及力學(xué)性能的影響，并使用響應(yīng)曲面法優(yōu)化焊接過程中

2、的工藝參數(shù)。論文主要工作包括以下幾點：
　?。?）理論方面：分析激光與金屬之間的相互作用機理以及激光對材料表面的加熱過程；探討異種金屬的焊接性，特別是鋁/鋼異種金屬焊接的難點；闡述熔釬焊過程中影響液態(tài)釬料在母材表面潤濕和鋪展性能的因素，以及液態(tài)釬料與固態(tài)母材之間的相互作用。
　?。?）實驗方面：設(shè)計焊接夾具，使用光纖激光器對鋁合金和不銹鋼進(jìn)行激光熔釬焊實驗。首先對Si元素含量及工藝參數(shù)對焊縫成形的影響進(jìn)行研究，并闡明焊縫內(nèi)部

3、氣孔和裂紋產(chǎn)生的原因以及焊縫不同位置晶粒狀態(tài)。通過焊接過程熔池溫度的分布、化合物的產(chǎn)生和生長機理，解釋界面化合物形態(tài)和厚度的差異的原因；然后對不同Si含量接頭的截面和斷口的物相組成進(jìn)行檢測；綜合分析工藝和微觀組織對接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，并對接頭斷裂機理進(jìn)行分析。結(jié)果表明，接頭抗拉強度受金屬間化合物種類和元素之間擴散的影響較大。添加ER4047焊絲的焊縫中會產(chǎn)生τ5和τ6相，鋁/鐵元素之間的擴散受到抑制，從而損害接頭強度。接頭斷裂表現(xiàn)為

4、混合斷裂模式。在上述實驗的基礎(chǔ)上，化合物反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)理論，提出一種Si元素含量對界面化合物生長的影響模型。
　　（3）工藝參數(shù)優(yōu)化方面：首先采用中心復(fù)合實驗設(shè)計方法設(shè)計試驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)建立抗拉強度和工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，并對模型的合適性進(jìn)行檢驗和分析，探討工藝參數(shù)對響應(yīng)值的主效應(yīng)及交互作用的關(guān)系；然后以接頭最大拉伸強度為優(yōu)化目標(biāo)，對焊接過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；最后使用最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行實驗，對最優(yōu)參數(shù)條件下接頭的力學(xué)性