鋁/鋼異種材料的焊接是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的關(guān)鍵,但由于Al和Fe在焊接過(guò)程中易生成脆性的Fe-Al金屬間化合物相,惡化接頭的力學(xué)性能,成為了其應(yīng)用的主要障礙。激光焊接具有能量密度高、加熱速度快、加熱范圍小、焊接熱影響區(qū)小并且精度高易于控制的特點(diǎn),控制熱輸入可以在一定程度上抑制鋁/鋼焊接過(guò)程中金屬間化合物的形成。但是焊接過(guò)程中溫度場(chǎng)變化快、焊縫組織性能不均勻等問(wèn)題仍很大程度上影響著接頭的性能。研究表明,采用噴丸的方式處理焊接接頭可以細(xì)化表層晶粒,使接頭表面組織均一化,改善接頭的力學(xué)性能。因此本文采用旋轉(zhuǎn)加速噴丸技術(shù)對(duì)激光焊接后的鋁/鋼接頭進(jìn)行處理,并測(cè)定噴丸前后焊接接頭的表層及內(nèi)部的組織組成和力學(xué)性能變化,研究噴丸對(duì)鋁/鋼接頭力學(xué)性能的影響。本文使用YLR連續(xù)型光纖激光器及DX200六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人對(duì)2mm的6061鋁合金和1mm的Q235鋼進(jìn)行搭接焊,研究激光功率、焊接速度及離焦量等參數(shù)對(duì)接頭的影響。使用金相顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)接頭的組織形貌進(jìn)行觀察,使用能譜（EDS）、X射線衍射（XRD）等儀器分析接頭金屬間化合物層的組織成分,通過(guò)顯微硬度和拉伸實(shí)驗(yàn)評(píng)定接頭的力學(xué)性能... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Fe-Al二元相圖[13]

1緒論碩士學(xué)位論文4闊的應(yīng)用前景，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了大量的研究。主要針對(duì)于探索鋁鋼異種焊接新的方法以及通過(guò)新的工藝來(lái)抑制金屬間化合物的產(chǎn)生。1.3.1鋁/鋼固相焊固相焊是指對(duì)母材施加一定的壓力、溫度或摩擦的方法實(shí)現(xiàn)連接的方法。在焊接過(guò)程中不形成液相，即使有少量液相，也不是實(shí)現(xiàn)連接的主導(dǎo)機(jī)制。這種方法可以避免液態(tài)的鋁和鋼直接接觸，抑制金屬間化合物的形成。目前用于鋁/鋼異種金屬焊接的固相焊方式有擴(kuò)散焊、爆炸焊、攪拌摩擦焊等。a)Fe側(cè)界面“齒尖”狀b)Al側(cè)界面“齒尖”狀c)560℃、0.5hd)EDS結(jié)果圖1.2擴(kuò)散焊下接頭界面形貌[16]擴(kuò)散焊指在一定溫度和壓力下，在真空或保護(hù)氣體中，將母材表面相互靠近，利用被連接表面產(chǎn)生的微觀塑性形變和原子互相擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬的連接。王敬[16]等人采用真空擴(kuò)散焊實(shí)現(xiàn)了純Fe和純Al的異種金屬連接。結(jié)果表明，金屬間化合物層主要以“齒尖”的形式增長(zhǎng)(圖1.2a、圖1.2b)；接頭界面處鐵、鋁元素濃度均沿母材向界面過(guò)渡區(qū)逐漸減小，存在三段明顯不同的濃度分布區(qū)域，在加熱溫度560℃、保溫時(shí)間0.5h的條件下反應(yīng)區(qū)存在雙層結(jié)構(gòu)(圖1.2c、圖1.2d)；通過(guò)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析推斷出560℃時(shí)不同相的生長(zhǎng)速度VFeAl2<VFeAl<VFeAl3<VFe2Al5。

1緒論碩士學(xué)位論文8達(dá)到鋁母材的80%；在鋁/鋼界面上層存在少量金屬間化合物，中部和底部不存在金屬間化合物；在鋼與鋁界面處可以觀察到隨著攪拌頭摩擦而剝落的鐵氧化物，如圖1.6所示。黃體方[25]等研究了一種名為鉚接輔助攪拌摩擦焊的新方法，實(shí)現(xiàn)了6082-T4鋁合金與QSTE340TM鋼的異種連接。研究結(jié)果表明，焊接頭由焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)、熱影響區(qū)、母材和自鉚接結(jié)構(gòu)區(qū)組成，塑性鋁合金的填孔行為被分為四個(gè)階段，填充每一個(gè)孔的過(guò)程就是重復(fù)第二到第四階段的過(guò)程；預(yù)置SiC/2024鋁基復(fù)合材料棒鉚釘結(jié)構(gòu)，可以提高接頭承載性能；斷裂發(fā)生在鋁側(cè)的SiC混合區(qū)與熱影響區(qū)分界處，由于界限左側(cè)局部SiC混合區(qū)彈性模量高于鋁合金，拉伸過(guò)程中，該處發(fā)生變形成為裂紋源；接頭連接機(jī)制包括宏觀機(jī)械結(jié)合、微觀機(jī)械結(jié)合(如圖1.6所示)和冶金結(jié)合。圖1.6自鉚接攪拌摩擦焊焊接過(guò)程示意圖與微觀機(jī)械結(jié)合機(jī)制[25]綜上所述，采用固相焊的方法可以實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種焊接，且在一定程度上抑制金屬間化合物的產(chǎn)生。但固相焊時(shí)，對(duì)母材接觸面精度、焊接形狀和尺寸要求比較嚴(yán)格，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的焊接；另外，攪拌摩擦焊的攪拌頭容易損壞。因此，固相焊在異種金屬焊接的應(yīng)用上受到了一定的限制。1.3.2鋁/鋼熔釬焊熔釬焊是利用兩種材料的熔點(diǎn)差異，焊接熱源熔化低熔點(diǎn)的母材，而高熔點(diǎn)的母材仍維持固態(tài)，熔化的母材填充并潤(rùn)濕鋪展在未熔化的母材表面發(fā)生冶金反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)材料的永久性連接。由于鋼材未熔化，金屬間化合物含量有限，因此熔釬焊可以實(shí)現(xiàn)異種材料的連接。通常采用的熔釬焊方法有TIG熔釬焊、MIG熔釬焊，這種方法焊接設(shè)備操作簡(jiǎn)單、成本低廉，也得到了一定的應(yīng)用。Song[26]等人實(shí)現(xiàn)了5A06鋁合金與不銹鋼的TIG熔釬焊，研究了分別使用1100純鋁?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]加快汽車輕量化材料創(chuàng)新發(fā)展[J]. 王本力,曾昆.  新材料產(chǎn)業(yè). 2018(10)
[2]新型鋁鋼攪拌摩擦焊對(duì)接工藝分析[J]. 張忠科,胥春龍,彭軍,于洋,王希靖.  輕合金加工技術(shù). 2017(04)
[3]鋁/鋼爆炸焊復(fù)合板界面裂紋的擴(kuò)展路徑[J]. 李有堂,李浩勇,宋鳴.  蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(05)
[4]鋁/鋼攪拌摩擦焊對(duì)接焊縫組織及機(jī)理研究[J]. 王希靖,鄧向斌,王磊,景文霞.  材料科學(xué)與工藝. 2015(05)
[5]鋁、鎂合金材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 黨春梅,謝衛(wèi)東.  熱加工工藝. 2011(04)
[6]7A52鋁合金焊接接頭表面納米化前后的性能分析[J]. 逯瑤,陳芙蓉,解瑞軍.  焊接學(xué)報(bào). 2011(01)
[7]汽車車身用鋁合金與鋼的異種材料電阻點(diǎn)焊技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 邱然鋒,石紅信,張柯柯,朱錦洪,李建軍.  電焊機(jī). 2010(05)
[8]鋁/鋼激光-MIG復(fù)合熱源熔-釬連接試驗(yàn)研究[J]. 雷振,王旭友,游愛(ài)清,秦國(guó)梁,王威,林尚揚(yáng).  稀有金屬材料與工程. 2009(S3)
[9]表面納米化對(duì)SS400鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕性能的影響[J]. 李東,陳懷寧,徐宏.  焊接學(xué)報(bào). 2009(03)
[10]車身輕量化與鋼鋁一體化結(jié)構(gòu)新技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 龍江啟,蘭鳳崇,陳吉清.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2008(06)

博士論文
[1]薄板激光深熔焊接熔透模式的機(jī)理研究[D]. 方俊飛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于界面調(diào)控的鋁/鋼異種金屬激光填絲熔釬焊工藝及機(jī)理研究[D]. 孟圣昊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]鋁/鋼鉚接輔助攪拌摩擦焊接頭界面行為及承載特性分析[D]. 黃體方.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]旋轉(zhuǎn)加速噴丸表面納米化工業(yè)純鋁和純銅的制備工藝與性能研究[D]. 徐海璐.南京理工大學(xué) 2015
[4]鋁合金A6061與低碳鋼Q235的電阻點(diǎn)焊研究[D]. 杜宜樂(lè).河南科技大學(xué) 2012
[5]Fe/Al異種金屬擴(kuò)散焊界面形成機(jī)理研究[D]. 王敬.江蘇科技大學(xué) 2012
[6]7A52鋁合金焊接接頭表面納米化前后組織與性能研究[D]. 逯瑤.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 2010
[7]7A52超硬鋁合金焊接接頭表面納米化的試驗(yàn)研究[D]. 何靜.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 2009



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