鋼-鋁激光填粉焊組織性能及界面行為研究.pdf

1、輕量化成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，車身上大量使用輕質(zhì)材料對(duì)整車的輕量化起著至關(guān)重要的作用，而使用輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)汽車減重的同時(shí)，必然涉及鋼/鋁異種金屬的連接。由于鋼/鋁異種金屬晶體結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性能差異巨大，F(xiàn)e/Al難熔合，易生成脆性Fe-Al金屬間化合物，與傳統(tǒng)熔焊熱輸入量大、熱源難以準(zhǔn)確控制相比較，激光焊熱量集中，應(yīng)力應(yīng)變小，是鋼/鋁的理想焊接方法，因此實(shí)現(xiàn)Fe/Al界面結(jié)合、減少焊縫區(qū)Fe-Al金屬間化合物的脆性影響成為激光焊急需解

2、決的技術(shù)難題。本文選取車用鍍鋅鋼與6016鋁合金為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)有無粉末填加激光搭接焊試驗(yàn)方案，采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，利用臥式金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射、微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)以及Castep、Dmol商業(yè)軟件等手段，對(duì)鋼/鋁有無粉末填加激光焊的焊縫成形性、接頭各區(qū)域的金相組織、斷口形貌、界面元素分布、界面層金屬間化合物的形態(tài)、厚度及相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、Fe/Al界面結(jié)合的微觀作用機(jī)制以及接頭力學(xué)性能等

3、進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究結(jié)果期望為異種金屬激光焊接提供一種新的研究思路，為鋼/鋁異種金屬結(jié)構(gòu)激光焊接的推廣應(yīng)用提供重要理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 測(cè)試Fe、Al體性質(zhì)，采用層技術(shù)，通過Fe/Al層間距、晶格錯(cuò)配度計(jì)算，構(gòu)建鋼/鋁激光焊Fe/Al界面模型，采用斷裂功評(píng)估界面結(jié)合強(qiáng)度大小，通過微合金化前后Fe/Al界面模型能量與電子結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算，在揭示Fe/Al界面結(jié)合微觀作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，確定熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、與鋼、鋁均具有較好融合性的S

4、n粉作為鋼/鋁激光焊填加材料。
　　 對(duì)1.4mm厚鍍鋅鋼板和1.2mm厚6016鋁合金進(jìn)行填粉激光搭接焊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)填Sn粉，焊接試樣的焊縫表面成形性良好，沒有裂紋、氣孔等缺陷產(chǎn)生，焊縫區(qū)晶粒細(xì)小，熔池金屬流動(dòng)性提高，界面層生成了厚度約為10-13μm、由FeAl和FeAl3組成的金屬間化合物層，由于填Sn粉改變了鋼/鋁界面元素分布，利于鋼/鋁界面結(jié)合，減少Fe-Al金屬間化合物層厚度，新形成FeSn金屬間化合物具有較好延性，高