【摘 要】
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镁合金是重要的汽车轻量化材料,被誉为“最具发展前景的汽车轻量化材料”。随着汽车轻量化要求的提高,必然存在钢铁材料和镁合金连接问题。但钢和镁的热物理化学性质差异大、搭接接头界面结合力弱的问题,开展“钢上镁下”搭接、钢\镁之间添加金属箔片的激光熔化焊接实验和相关机理研究。选题具有理论意义和实际应用价值。论文采用激光熔化焊接的方式,对1.4mm厚的DP590双相钢板材和1.5mm厚的AZ31镁板材进行“
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镁合金是重要的汽车轻量化材料,被誉为“最具发展前景的汽车轻量化材料”。随着汽车轻量化要求的提高,必然存在钢铁材料和镁合金连接问题。但钢和镁的热物理化学性质差异大、搭接接头界面结合力弱的问题,开展“钢上镁下”搭接、钢\镁之间添加金属箔片的激光熔化焊接实验和相关机理研究。选题具有理论意义和实际应用价值。论文采用激光熔化焊接的方式,对1.4mm厚的DP590双相钢板材和1.5mm厚的AZ31镁板材进行“钢上镁下”搭接焊接,并在钢\镁之间添加铝箔和钛箔中间层辅助焊接。采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）和万能材料试验机对钢/镁焊接接头的显微组织、元素分布、物相组成和力学性能进行实验研究,并采用COMSOL有限元软件对钢/镁熔化焊接过程中的温度场和流场进行数值模拟。主要研究结论如下:（1）优化出了以铝箔为中间层的激光焊接工艺参数为激光功率2100W、焊接速度1800mm/min、铝箔厚度0.3mm,得到的接头线强度为52N/mm。发现熔池分为上、下两部分,其结合界面处含化合物相的铝过渡层有利于实现钢、镁之间的冶金结合。（2）优化出了以钛箔为中间层的激光焊接工艺参数为激光功率2100W、焊接速度1800mm/min、钛箔厚度0.1mm,得到的接头线强度为41N/mm。发现钛中间层部分熔化是导致焊接接头性能提高的主要原因。接头中镁和钢在钛中间层附着良好,钢侧熔池和镁侧熔池通过钛箔上熔化的小孔相互接触和混合。母材金属和钛中间层不生成新相,但母材镁合金中的铝组元与钢中的铁组元生成新相Fe Al2、Al Fe3和Al Fe。（3）采用数值模拟方法阐明了铝和钛中间层在钢/镁搭接接头的激光焊过程中对熔池能量传递、温度场分布和组织转变过程的影响。结果发现,铝和钛中间层都可以调控焊接过程中的能量传递,实现钢、镁在焊接过程中同时熔化;钢侧熔池和热影响区在焊接过程中升温和降温非常快,降温速度大于马氏体形成时的降温速度,因此双相钢中的马氏体不会回火软化;熔池中金属液流动较慢,熔池较稳定,金属液流动方向与焊接方向相反,有利于熔池中金属液凝固时的补缩。模拟结果和实验结果相符。
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