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现代社会能源的紧缺,大众环保意识的增强,使节能减排的产品越来越受到消费者的青睐。世界著名厂家在产品中纷纷采用两种材料连接的模式,来减轻产品自身重量。本文以汽车车身采用铝/钢的结构来减轻自重为主要应用背景,以6061铝合金和DC06钢板的焊接工艺为主要研究对象,提出使用激光填丝焊接工艺,过程中通过调节工艺参数解决铝/钢焊接中存在的问题,对焊缝界面和内部组织及物相做了分析,最后测试了力学性能。
首先采用SlabCO2激光器,对6061铝合金和DC06钢板的激光填丝焊接工艺进行研究。通过研究激光功率、离焦量、焊接速度速度、送丝速度对焊缝成形的影响规律,发现了两组成形好的参数区。找出了焊缝成形的评价因素(焊缝的有效宽度、钢板熔化的宽度和深度、熔化区面积)与焊缝成形之间的规律。另外对焊缝内部局部未熔合缺陷和气孔产生的原因进行分析,并提出解决方法。
最后,利用OLYMPUSPMG3光学显微镜和HITACHI产冷场发射扫描电镜S4800(SEM),研究了激光功率分别为2200W和3000W焊接接头的显微组织和金属间化合物形貌。利用扫描电镜自带能谱(EDS)对界面进行线扫描,结果显示,使用以上两种功率焊接时,界面处Al和Fe元素均发生了扩散现象。利用EDS对界面金属间化合物以及焊缝内部区域进行成分分析,结果显示:功率为2200W时,钢板熔化区界面层主要物相是FeAl和α-Fe固溶体;功率为3000W时,钢板熔化区界面层主要物相是Fe3Al和α-Fe固溶体。同时研究发现,当激光功率为3000W时,焊缝中出现了大量FeAl金属间化合物。并且激光热输入量越大,其内部FeAl等金属间化合物越多,严重威胁接头力学性能。因此,焊接过程中必须严格控制激光的热输入量。对功率为2200W和3000W的接头做力学性能测试:显微硬度测试显示,金属间化合物处的硬度值远远高于其它区域,且硬度值随着激光功率的增大而增大,最大硬度达650HV。拉剪试验显示,功率为2200W的接头韧性较好,其最大抗拉剪强度达到149.6Nmm-1。
本研究成果对汽车车身铝/钢复合结构的激光焊接有指导作用,对于我国汽车产业的发展,环境保护,节约能源来说有重要意义。