鋼-鋁激光對接焊工藝及物相的結構穩(wěn)定性研究.pdf

1、鋼/鋁復合結構件發(fā)揮兩種材料性能優(yōu)勢、減輕重量,在現(xiàn)代交通運輸工具中具有廣泛的應用前景。鋼/鋁異種金屬優(yōu)質高效焊接亟待解決的主要技術難題是Fe/Al難熔合、易生成Fe-Al脆性金屬間化合物。鋼與鋁兩種金屬性質上的巨大差異決定了用常規(guī)熔焊方法很難實現(xiàn)二者的連接,激光焊用激光束作焊接熱源,具有能量密度高、熱輸入量小、熱量集中、熱源易控制、焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄、焊接變形小以及易于與機器人或其他執(zhí)行機床耦合實現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)點,可實現(xiàn)鋼/鋁

2、熔合,激光焊成為鋼/鋁異種金屬優(yōu)質高效連接的重要方法。
　　為控制或有效抑制FeAl脆性金屬間化合物的生成,獲得優(yōu)質焊接接頭,本文基于激光熱傳導焊原理,設計了將光斑中心偏向鋼材一側、合理分配激光熱源、以控制Fe、Al熔化量、避免FeAl金屬間化合物生成的鋼/鋁激光對接焊試驗方案:通過Fe/Al層間距、晶格錯配度以及計算條件和方法的測試,構建了Fe/Al界面模型,基于添加元素前后Fe/Al界面斷裂功的計算,確定了鋼/鋁激光對接焊所需

3、的添加材料;選取厚度分別為5mm、6mm的低碳鋼與鋁合金板為研究對象,以對接方式組合試樣,在光斑不均等分配在兩種材料的情況下進行激光對接焊接試驗。
　　分析了不同焊接工藝參數(shù)對材料添加前后焊縫外觀形貌的影響,利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、顯微硬度計、X-射線衍射儀等設備研究了焊縫及熱影響區(qū)的金相組織、界面融合情況、顯微硬度與焊縫的主要物相。結果發(fā)現(xiàn):合理調整工藝參數(shù),有效控制了熔池中Fe、Al的熔化量,預置Si粉改善了熔池流動性

4、,熔化金屬在Fe/Al界面易于鋪展,焊縫區(qū)形成了FeSi化合物。
　　基于焊縫界面元素分布與物相實驗檢測結果,采用密度泛函方法對晶胞進行優(yōu)化,對優(yōu)化晶胞模型進行頻率計算與分析,獲得了添加材料形成FeSi和FeAl化合物高溫條件下的熵、焓與Gibbs自由能,探討了材料添加抑制FeAl脆性金屬間化合物生成的作用機制。
　　本文研究結果為異種金屬激光焊接提供了一種新的研究思路,為鋼/鋁異種金屬結構激光焊接的推廣應用提供重要理論和試