表面处理对铝/钢异种金属激光填粉焊接质量的影响

摘要

由于轻量化的车身设计能够降低油耗和尾气排放，近年来纷纷被汽车制造商采用。所谓的轻量化的车身就是采用部分轻质金属取代传统意义的钢材。而铝合金具有质量轻，比强度高等得天独厚的优势成为与钢进行连接的首选。但是二者物理和化学性能差别巨大，若直接进行铝/钢焊接很难获得良好的焊接接头。因此本文采用Nd-YAG激光器对经镀层处理的低碳钢板与铝合金板进行了异种金属激光填粉熔-钎焊试验研究，期望通过对钢表面不同的表面镀层处理来改善铝/钢的焊接性。试验过程中采用光谱分析仪对等离子体进行了在线检测，研究了焊缝熔深与等离子体的关系。对钎接接头进行了力学性能测试，并研究分析了过渡层金属对激光填粉焊接质量的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴铜原子并未与铝铁形成三元金属间化合物，而是以固溶的方式进入到结合面中的α-Al和(Fe,Cu)2Al5中，前者降低了铝的相对浓度减缓铝原子的扩散速率，后者直接抑制了Fe2Al5相进一步长大。另外部分Cu原子置换了Fe-Al金属间化合物的Fe原子形成Al2Cu，抑制了 Fe/Al金属间化合物的生长。试件接头的最大机械抗力达到了163N/mm,其断裂发生在脆硬的过渡层处。⑵Zn向铝铁两侧均发生了扩散，并在Al中充分固溶使Al原子的相对浓度降低，减缓了Al原子向钢侧的扩散，一定程度上减少了金属间化合物的生成量。接头强度较好的试件断裂首先发生在靠近过渡层熔化区一侧，随后裂纹向钎接边缘富锌区方向扩展最终二者剥离开来。⑶镀Ni层在铝铁元素扩散的过程中充当了防护层的作用，抑制了二者的相互扩散，并在铝钢界面近铝侧形成了少量的Al/Ni金属间化合物。试件接头的最大机械抗力达到了165N/mm，其断裂首先发生在钎接结合面处，但是随着裂纹的扩展，断裂在金属间化合物层处发生，最后出现在靠近铁侧的富镍的边缘区域铝/镀镍钢接头处。⑷三种镀层金属均能很好的起到过度桥梁的作用，但相比于Cu，Zn镀层，镀Ni层的效果更好。光谱中Fe离子的变化很好的反应钢的熔化量即熔深的变化，随着焊缝熔深的增加，Fe离子峰值高度也逐渐增加。

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第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2 铝/钢异种金属焊接国内外发展现状

1.3钢表面添加过渡层的铝合金/钢熔-钎焊研究

1.4课题主要研究内容

第二章 试验材料、设备及方法

2.1试验材料

2.2试验设备

2.3试验方法

第三章 镀层金属对宏观焊缝形貌的影响

3.1 镀铜层对接头焊缝形貌的影响

3.2镀锌层对接头焊缝形貌的影响

3.3 镀镍层对接头焊缝形貌的影响

3.4 本章小结

第四章 焊接接头微观组织分析

4.1 接头显微组织分析

4.2接头显微硬度测试

4.3本章小结

第五章 接头的力学性能与断口形貌分析

5.1接头力学性能测试

5.2 断口形貌分析

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献