鎂合金擁有高出鋁合金三分之一的比強(qiáng)度,“鎂代鋼”也逐漸成為汽車輕量化中的發(fā)展趨勢,因此,實(shí)現(xiàn)鎂與鋼這兩種較難結(jié)合的材料間的有效連接成為業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)。本文針對AZ31鎂合金與DC01低碳鋼,使用攪拌摩擦焊在點(diǎn)焊、短線焊和搭接焊三種不同模式下均成功實(shí)現(xiàn)了異種材料間的連接。研究中通過控制變量法摸索出三種模式下的焊接工藝窗口及最優(yōu)參數(shù)組合,分別取得3463N、6184N與2956N的最高接頭強(qiáng)度,并總結(jié)了關(guān)鍵工藝參數(shù)對接頭力學(xué)性能的影響。此外,還創(chuàng)新性地在鎂/鋼的搭接焊中引入了下壓力恒力控制的模式,在合適的工藝窗口內(nèi)取得了焊接質(zhì)量與接頭性能更為穩(wěn)定的焊縫。研究發(fā)現(xiàn),機(jī)械咬合與冶金結(jié)合是鎂/鋼攪拌摩擦焊接頭強(qiáng)度的主要來源:耳狀組織作為宏觀機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu),可以有效承載拉伸應(yīng)力,而搭接焊界面上大量形態(tài)各異的微觀勾連結(jié)構(gòu),同樣提高了接頭的抗拉強(qiáng)度;在三種模式下界面偏DC01側(cè)均出現(xiàn)了厚度為0-20μm的Al元素富集層,精細(xì)表征結(jié)果證實(shí)其為多個(gè)Al含量與厚度各異的條帶組成的多層結(jié)構(gòu),結(jié)合數(shù)據(jù)庫分析其中最靠近界面的一層中可能存在AlFe新相,而偏AZ31側(cè)則形成寬度達(dá)幾百微米Al元素含量不足1%的中空區(qū)。... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鎂-鐵相圖[5]

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-機(jī)械連接主要依靠鉚釘連接，螺紋連接等方式，通過機(jī)械互鎖和摩擦互鎖的方式形成連接，其特點(diǎn)是工藝較為簡單，技術(shù)成本低，但在一些對密閉性要求較高的場景中使用受限，且鉚釘和螺栓本身的成本仍然是一個(gè)問題。近年來，一些新型的機(jī)械連接方法不斷涌現(xiàn)，它們不需要借助鉚釘或螺栓嵌入材料內(nèi)部提供強(qiáng)度，而是利用材料本身的塑性變形完成連接，Clinching是其中較有代表性的一種。圖1-2Clinching材料連接工藝及其應(yīng)用結(jié)果：（a）Clinching基本工作原理；（b）溫度、壓頭、模具形狀對Clinching結(jié)果的影響[13]；（c）運(yùn)用Clinching連接AZ31/DC01的結(jié)果Fig.1-2Clinchinganditsapplicationresults:(a)Thebasicconceptofclinching;(b)Theinfluenceoftemperature,punchanddieshapeonclinchingresults[13];(c)TheresultsofAZ31/DC01clinchinginthisstudyClinching的原理非常簡單，如圖1-2（a）所示：使用一個(gè)壓頭將上下放置的兩種材料快速下壓至下方特定形狀的模具中，利用材料的塑性變形是兩種材料產(chǎn)生機(jī)械咬合。許多研究者在連接鋁與鋼兩種材料時(shí)使用了這種技術(shù)。例如，Huang等人[13]對6061Al合金與SUS304鋼的連接研究中使用了這種技術(shù)，并在一定的參數(shù)組合下取得了不錯(cuò)的連接效率，但也發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)對于模具、壓頭的尺寸要求十分精細(xì)，如圖（b）所示，很小的偏差就有可能導(dǎo)致連接的失效。此外，Lee[14]與Jiang[15]所在課題組分別對DP780/AA5052以及SAE1004/AA6111進(jìn)行了Clinching的研究，并得出了模具尺寸和參數(shù)分別對焊接結(jié)果的影響。然而，這種簡單的機(jī)械連接的方法在運(yùn)用在鎂合金這樣塑性較差的材料中時(shí)，一般難以形成成功接頭，本課題前期研究中曾經(jīng)使用該技術(shù)對AZ31和DC01進(jìn)行Clinching實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果均不理想，如?

第一章緒論-4-源輔助用以提高待連接材料的塑性變形能力，但即使如此，Clinching的工藝窗口也比較小，魯棒性不足，不具備良好的生產(chǎn)應(yīng)用前景。(2)激光焊接激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，它的自動(dòng)化程度高，適應(yīng)性良好，被廣泛應(yīng)用在國民生產(chǎn)的各領(lǐng)域。國內(nèi)外已有較多研究者運(yùn)用激光對鎂/鋼進(jìn)行焊接。Miao課題組[16]對AZ31B鎂合金與Q235鋼在不同的偏移量條件下做了大量激光焊接，示意圖如圖1-3（a）所示。圖（b）的拉伸結(jié)果顯示連接效率在偏移量為0.6mm時(shí)達(dá)到最大值82%，強(qiáng)度值為185MPa，在該條件下可以得到一個(gè)無缺陷的鎂鋼連接焊縫。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說明了這兩種材料的激光焊接工藝窗口很小，偏高與偏低的偏移量將會(huì)分別導(dǎo)致鋼熔化不足與熔化過度的情況，最終分別造成界面處的孔洞缺陷及不完全熔化，削弱了力學(xué)性能。Wahba課題組[17]通過激光疊焊實(shí)現(xiàn)了SP781/AZ31B的接頭，其中鋼材料表面鍍有Zn層，防止表面氧化的同時(shí)在焊接中起到破壞氧化層的作用，界面處在焊接后出現(xiàn)了一層450nm的Fe3Al新相，作為冶金結(jié)合輔助了鎂與鋼之間的連接。圖1-3激光焊接在鎂/鋼連接中的應(yīng)用：（a）激光焊接示意圖；（b）AZ31B/Q235激光焊接力學(xué)性能隨偏移量的變化情況[16]Fig.1-3TheapplicationoflaserweldinginMg/steeljoining:(a)Schematicdrawingoflaserwelding;(b)TensilestrengthofAZ31B/Q235versuslaseroffset[16]此外，有不少文獻(xiàn)中運(yùn)用TIG輔助激光焊接也取得了不錯(cuò)的效果。Tan[18,19]課題組利用激光-TIG復(fù)合焊接技術(shù)對AZ31B鎂合金與鍍鋅DP980鋼在不同的條件下做了大量的焊接試驗(yàn)，示意圖如圖1-4（a）所示，焊接結(jié)果如圖（c）所示，TIG輔助的激光焊接可以有效地減少焊縫表面的缺陷，得到比單獨(dú)使用TIG或單

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]AZ31B鎂合金/鍍鋅鋼無匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊結(jié)合方式[J]. 劉驍,王希靖,景文霞,柴廷璽.  焊接學(xué)報(bào). 2016(08)
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本文編號(hào)：2973441