复合中间层对铝合金与高强钢激光-电弧复合焊接影响机制研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:psh860525
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铝合金与高强钢两种合金材料由于各自比强度高、低密度等优势,被广泛应用于航空航天、轮船汽车、交通轨道等制造行业,特别是铝合金与高强钢复合接头,在保证结构使用性能的前提下,大幅降低车身自重,对于实现汽车汽车轻量化具有重要意义。但因为铝/钢之间的热物理性能存在较大差别,在进行焊接时界面处非常容易易产生脆性金属间化合物,造成焊接困,限制了其在工业生产中进一步推广使用。本论文针对铝合金与高强钢异种金属存在的焊接难等问题,采用6060铝合金与DP980高强钢为焊接材料,采用钢在上,铝在下的搭接结构形式,进行了铝/钢异种金属激光诱导电弧复合热源焊接实验。实验先研究了铝/钢直接搭接焊的参数范围及焊接接头成型特点。为了使接头力学性能有所提高,采用Ni箔作为中间层添加在铝/钢搭接面之间,期望通过物理阻断以及冶金反应的方法减少界面处金属间化合物的产生。此外,为了进一步提高接头性能,采用在焊缝中添加TiO2粉末形成复合中间层,此外,在焊缝搭接面处涂抹胶粘剂,形成激光-电弧-胶接一体化成型结构,探究复合中间层和胶粘剂的共同作用对铝/钢焊缝拉伸性能、微观形貌以及元素分布的影响情况。研究表明,采用激光诱导电弧复合焊接热源对铝合金与高强钢进行搭接焊实验,可以获得表面成型良好的焊接接头,实验过程中激光功率增加,接头的熔深也随之增加,接头剪切拉伸载荷先增加随后降低。接头界面处有较多的Al-Fe脆性IMC产生,焊接接头缺陷较多,接头最高剪切拉伸载荷仅为128 N/mm,接头沿着铝/钢界面IMC层断裂。通过加入Ni中间层,接头最大拉伸剪切载荷有明显提高达到173 N/mm,较未添加中间层力学性能提高35%。研究了焊缝组织成分及各元素分布情况,Ni中间层的添加可以抑制Al、Fe元素的相互扩散,并且IMC层的厚小于10μm。从Ni元素的分布来看,一部分Ni原子固溶在Fe基体中形成Fe(Ni)固溶体,一部分随Fe原子扩散到Al基体中形成Al-Fe-Ni三元化合物。对于添加复合中间层的铝合金与高强钢激光诱导电弧及胶接一体化成型焊接接头进行力学性能、组织形貌及元素分布分析。经研究,通过胶粘剂的粘结力与焊接的冶金结合力相结合可以大幅提高接头力学性能。对添加复合中间层接头组织进行分析,接头形貌及界面元素分布与仅添加Ni中间层相似,无明显裂纹夹杂等缺陷,Ti元素弥散分布于Al-Fe界面形成弥散强化,接头最大拉伸剪切载荷达187 N/mm。
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