异厚度铝合金激光拼焊工艺及组织性能研究

摘要

激光拼焊是在汽车车身制造中，根据车身不同部位的性能要求，选择不同厚度或材质的板材，通过激光裁剪和拼装完成车身某一部位的连接。 本文主要利用自制的铝合金拼焊专用夹具，对不同厚度的铝合金5052和5056板材进行激光拼焊，并得到成型合格的拼焊板。然后利用SEM、EPMA、原子吸收分析(AAs)、XRD、EDS、显微硬度仪、拉伸试验等手段研究了两种铝合金激光拼焊板接头金相组织、物相组成；以及焊缝镁元素分布及烧损情况，建立了镁元素蒸发烧损模型示意图，并对两种铝合金激光拼焊板接头性能进行测试分析。结果表明，焊缝中心组织为非常细小均匀的胞状等轴晶；焊缝中心的物相组成为α(Al)+β(Mg2Al3)还有少量FeAl3和SiMg2。随铝合金含镁量增加，激光焊接时镁元素的损耗也增大；铝合金5052拼焊板薄板母材的热影响区存在软化现象。铝合金拼焊板纵向拉伸试样的延伸率显著减小，5052拼焊板的横向拉伸试样均断于薄板热影响区，主要原因是半硬态的薄板热影响区材料在激光焊接过程中被软化，但5056拼焊板的横向拉伸试件均断裂于薄板母材处；拼焊板的横向拉伸试样断口均为韧性断口。 在研究了5052拼焊板断裂原因后，我们对5052和5056激光拼焊板进行再结晶退火。并且利用金相显微镜和拉伸实验机以及显微硬度仪对退火后的拼焊板进行组织观察和性能评价。结果表明，退火后的5052和．5056铝合金激光拼焊板的母材和焊缝组织都发生了完全再结晶，组织更加均匀。退火后的5052等效抗拉强度和等效屈服强度略有减小但塑性大大增强，延伸率增加两倍多。退火后5052薄板母材的硬度明显降低，与厚板母材以及熔合区的硬度接近。而5056拼焊板退火前后的性能变化不大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景以及意义

1.2激光焊接在汽车行业的应用现状

1.3铝合金激光焊接的工艺特性及研究现状

1.3.1工艺参数对激光焊接过程及质量的影响

1.4铝合金激光焊接的难点及缺陷

1.4.1焊接缺陷及其预处理措施

1.5铝合金激光焊接工艺最新发展动向

1.5.1铝合金激光填料焊接

1.5.2激光复合焊接

1.5.3双光束激光焊接

1.5.4采用填充焊丝的外加电流铝合金CO2激光焊接

1.6本课题研究内容

1.7本章小结

第二章激光拼焊夹具设计及焊接工艺

2.1拼焊专用夹具设计

2.1.1铝合金激光拼焊夹具设计总体要求

2.1.2铝合金激光拼焊夹具结构设计

2.1.3铝合金激光拼焊夹具定位螺栓及压紧螺钉的选择

2.2激光拼焊工艺

2.2.1实验材料

2.2.2实验设备

2.2.3拼焊方法

2.2.4激光拼焊工艺参数对焊缝成形的影响

2.3本章小结

第三章焊缝组织性能的研究

3.1拼焊板焊缝组织分析

3.1.1激光拼焊接头金相试样的制备

3.1.2铝合金5052激光拼焊接头金相组织

3.1.3铝合金5056激光拼焊接头金相组织

3.1.4焊缝处Mg元素烧损情况分析

3.1.5焊缝区铝-镁-硅共晶形貌分析

3.2拼焊板接头区域物相分析

3.2.1异厚度铝合金激光拼焊板接头及母材XRD物相分析

3.2.2焊缝区能谱分析

3.2.3填粉5052激光拼焊接头EPMA点扫描分析

3.3拼焊板接头性能分析

3.3.1焊缝区的硬度分析

3.4本章小结

第四章退火处理对焊缝组织性能的影响

4.2退火处理对焊缝组织的影响

4.2.1热处理对5052激光拼焊板接头组织的影响

4.2.2热处理对5056激光拼焊板接头组织的影响

4.3退火处理对接头性能的影响

4.3.1退火前5052接头的拉伸性能

4.3.2退火处理对5052拼焊板拉伸性能的影响

4.3.3退火处理对5052拼焊板显微硬度的影响

4.3.4退火处理对5056激光拼焊接头性能的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文