交变磁场对钢/铝异种金属激光对接焊接头性能的影响

摘要

汽车轻量化是当前汽车发展的新趋势，采用轻质材料是实现轻量化最有效的手段，而钢/铝异种金属之间的连接是实现轻量化的措施之一。激光焊接具有能量密度高、热影响区小以及自动化程度高等优点，是钢/铝理想的焊接方法。由于钢/铝材料物理和化学性质存在较大差异，钢/铝在焊接过程中易产生气孔、裂纹等缺陷，且会形成Fe/Al脆性金属间化合物，从而降低接头质量。因此改善钢/铝焊接缺陷、减少焊接过程产生的Fe/Al脆性化合物的数量成为激光焊接需要解决的技术问题。本文选取6061铝合金板和DC51D+AZ镀锌钢板为研究对象，设计了交变磁场辅助激光添加粉末熔钎焊试验，研究交变磁场对钢/铝接头焊缝成形、力学性能、断口形貌及金属间化合物的影响，本文的主要研究内容如下：
　　(1)相关理论：介绍了激光与材料相互作用时金属对激光的吸收机制，探索了焊接时提高激光吸收率的添加粉末焊接方法，分析了添加粉末焊接的过程及粉末提高激光吸收率的原因，研究了填充粉末熔钎焊时钎料润湿和铺展的过程，最后阐释了电磁感应原理及磁场对接头焊接性能影响的机理。
　　(2)相关实验：构建了满足实验要求的交变磁场辅助焊接装置，利用光纤激光器对6061铝合金板和DC51D+AZ镀锌钢板进行激光添加粉末熔钎焊实验，通过正交实验寻找较优的焊接工艺参数，并在不同磁场强度下完成激光填粉熔钎焊实验。对焊接接头的显微硬度、拉伸力学性能、断口形貌及金属间化合物进行了测试，分析了拉伸断口的形貌。结果表明：交变磁场有效改善了焊接过程的缺陷，电磁搅拌使得熔池中Fe、Al、Si三种元素分布均匀，显微硬度和抗拉强度均提高了20％以上，金属间化合物厚度降低，接头的塑性增强。
　　(3)Fe/Al脆性化合物：从热力学和动力学的角度分析焊接过程中Fe/Al化合物的产生机理，描述了不同种化合物的形成过程。探讨磁场对Fe/Al脆性金属间化合物种类和厚度的影响，并结合断口形貌和抗拉强度分析磁场及金属间化合物对接头性能的影响。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2 钢/铝异种金属的焊接难点

1.3 钢/铝异种金属焊接技术

1.4磁场辅助激光焊接技术

1.5 Fe/Al脆性化合物研究现状

1.6 本文研究的主要内容

第二章 磁场辅助激光填充粉末熔钎焊相关理论

2.1激光与金属相互作用

2.2填充粉末激光焊接的过程

2.3 钎焊原理

2.4磁场辅助加工技术

2.5 本章小结

第三章 交变磁场对钢/铝异种金属焊缝性能的影响

3.1 试验材料

3.2 试验设备

3.3 试验方法

3.4实验结果分析

3.5本章小结

第四章 钢/铝界面金属间化合物产生机理研究

4.1 钢/铝异种金属界面反应热力学理论

4.2 钢/铝异种金属界面反应动力学

4.3 钢/铝化合物生长行为描述

4.4 磁场对钢/铝异种金属界面化合物研究

4.5 钢/铝异种金属间化合物对力学性能的影响

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他科研成果