激光胶接焊双相钢/铝合金胶层焊接行为及作用机理研究

摘要

汽车轻量化成为21世纪汽车技术的前沿和热点，高的比强度钢、铝合金等轻质材料的大量使用对于整车的轻量化起着举足轻重的作用。对双相钢、铝合金连接而言，由于双相钢焊接时易形成裂纹缺陷或组织出现软化现象，而铝合金具有较高反射率，因此实现双相钢/铝合金优质焊接十分困难。为探索一种新的钢/铝连接方法，本文选取DP590双相钢和6016铝合金作为研究对象，提出钢上铝下搭接、有无胶层添加的激光焊实验方案，利用卧式金相显微镜、带有EDS和EBSD探头的扫描电镜、显微硬度分析仪、微机控制电子万能试验机、高速摄像机以及光谱仪等对钢/铝有无胶层添加焊接接头的焊缝成形性、焊缝区金相组织、断口形貌、界面元素分布、相的分布、含量、晶粒大小、显微硬度、接头力学性能以及等离子体形貌、光谱等进行系统研究，基于添加胶层前后等离子体形貌、元素特征谱线、电子密度、焊缝成形性及组织性能等对比分析，探讨添加胶层改善钢/铝接头性能的作用机理，研究结果期望为车用双相钢/铝合金优质焊接提供一种新的研究思路，为推进汽车轻量化提供重要理论依据和实验基础。
　　分析等离子体形貌、元素特征谱线及电子密度发现，激光焊接钢/铝时，蒸汽等离子体基本垂直试件板面，添加胶层，等离子体形态明亮，形态密度大，与板材表面呈一定角度，表明激光胶接焊时，等离子体对激光能量的吸收减少，胶层分解气体等产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况；基于NIST光谱信息数据库，发现有无胶层添加条件下，在波长515nm~545nm范围内，均含有少量Mn元素特征谱线和明显Fe元素的谱线特征，而比较添加胶层前后的光谱相对强度和等离子体电子密度，发现激光胶接焊利于更多激光能量被试件吸收。
　　分析钢/铝接头焊缝成形性及组织性能发现，添加胶层，焊接试样的焊缝表面成形性良好，无明显缺陷，焊缝区无软化组织生成，焊接接头的平均抗剪强度比无胶层添加时提高1.44倍。添加胶层增加下层铝合金对激光能量的吸收，加快上层双相钢的冷却速度，导致下层 Al向上层钢侧的扩散受到抑制，使熔宽两侧Al含量增多，而熔池Al元素含量减少，由于添加胶层增加钢、铝横向结合面积，提高焊合率，钢/铝界面生成延性富Fe的Fe-Al化合物，焊缝区铁素体、马氏体两相含量与双相钢母材含量基本相当，没有恶化上层双相钢的相组成，胶层弹性模量大，变形抗力小，胶层和焊缝共同承担剪切力的外加载荷，此外添加胶层条件下均匀分布的晶粒有助试件承受外力均匀分布在焊接接头的搭接区域，因而添加胶层改善钢/铝焊接接头的力学性能。

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第1章 绪 论

1. 1 引言

1. 2 现代汽车车身用金属材料

1. 3 钢/铝异种金属材料的焊接性

1. 4 胶焊技术的研究现状

1. 5 本课题的主要研究内容

第2章 试验条件及方法

2. 1 试验材料

2. 2 试验设备

2. 3 试验方法

2. 4 本章小结

第3章 钢/铝激光胶接焊胶层焊接行为研究

3. 1 焊接蒸汽等离子体

3. 2 焊接蒸汽等离子体光谱信息

3. 4 本章小结

第4章 钢/铝激光胶接焊胶层改善性能的作用机理

4. 1 焊缝成形性

4. 2 焊接试样的显微组织

4. 3 焊接试样的力学性能与断口形貌

4. 4 焊接接头界面分析

4.5 焊接试样EBSD分析

4. 6 分析与讨论

4. 7 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间发表的论文