通過雙相鋼/鋁合金激光膠接焊和激光焊接的對比分析,揭示鋼上、鋁下搭接激光膠接焊時膠層作用。對焊接過程進(jìn)行等離子體形貌同步拍攝和焊接光譜采集并分析,與激光焊接比較,發(fā)現(xiàn)激光膠接焊時等離子體的顏色明亮,形態(tài)密度大,與試樣板材表面呈一定角度,膠層分解產(chǎn)物利于改善下層鋁合金表面高反射率的狀況,等離子體對激光能量的吸收減少;而光譜相對強(qiáng)度和光致等離子體電子密度增加,膠層的存在增加試件對激光的吸收率;焊接成形試驗發(fā)現(xiàn)膠層可起增加焊接熔深和熔寬的作用;剪切試驗結(jié)果表明膠層提高焊接接頭的平均抗剪強(qiáng)度。由于添加膠層加快上層雙相鋼冷卻速度,增加下層鋁合金對激光能量的吸收,導(dǎo)致下層Al向上層鋼側(cè)的擴(kuò)散受到抑制,而熔寬兩側(cè)熔融態(tài)Al體積分?jǐn)?shù)增多,焊接熔寬加大,增加鋼、鋁橫向結(jié)合面積,提高焊合率,此外剪切力的外加載荷由焊縫和膠層共同承擔(dān),因此添加膠層改善了鋼/鋁焊接接頭的力學(xué)性能。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報. 2016,52(14)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

光譜采集系統(tǒng)示意圖

28機(jī)械工程學(xué)報第52卷第14期期圖3鋼/鋁添加膠層前后元素特征譜線0224()cAwyyxxw(1)式中，w表示譜線半高全寬；xc表示中心波長；y0表示背景發(fā)射；A表示譜線積分面積。本文采用Lorentzian函數(shù)擬合激光膠接焊和激光焊接兩種條件下526.89nm波長時的元素特征譜線，結(jié)果如圖4所示。擬合時選取一定時間間隔的五組試驗數(shù)據(jù)取平均值得到激光膠接焊譜線半高全寬為0.31111nm，激光焊接譜線半高全寬為0.28494nm，由于焊接過程中，光致等離子體發(fā)射譜線的半高全寬可近似認(rèn)為譜線Stark展寬ΔλS1/2，為此采用式(1)對試件上方的焊接等離子體電子密度進(jìn)行計算，得到激光膠接焊試件上方3mm處的等離子體電子密度為2.95×1017cm3，激光焊接等離子體電子密度為2.7×1017cm3。通常焊接條件下等離子體電子密度與等離子體粒子密度成對應(yīng)關(guān)系，所以添加膠層后，熔池上方焊接等離子體密度增加，表明激光膠接焊雙相鋼/鋁合金時，焊縫逸出Fe粒子的數(shù)量增加。對激光膠接焊和激光焊接進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)添加膠層，孔外等離子體電子密度增加，表明相同圖4526.89nm波長時譜線擬合結(jié)果焊接參數(shù)條件下，與激光焊接相比，激光膠接焊時上層雙相鋼板有更多的Fe元素被蒸發(fā)，說明更多的激光能量被焊件吸收。這是因為當(dāng)激光焊透上層雙相鋼板材達(dá)到下層鋁合金板材表面時，膠層增加焊件對激光能量的吸收，同時膠層受熱汽化，與金屬蒸汽共同作用，增加氣體密度，進(jìn)一步提高激光吸收率，從而增大了熔池上方光致等離子體的電子密度。由于吸收能量的增多，等離子體的電離程度隨之提高，其內(nèi)部粒子之間的碰撞也進(jìn)一步加劇，所以碰撞的概率也隨之增加。由于電子碰撞決定Stark加寬效應(yīng)，而Stark加寬效應(yīng)又決定等離子體的譜

⑸?譜線的半高全寬可近似認(rèn)為譜線Stark展寬ΔλS1/2，為此采用式(1)對試件上方的焊接等離子體電子密度進(jìn)行計算，得到激光膠接焊試件上方3mm處的等離子體電子密度為2.95×1017cm3，激光焊接等離子體電子密度為2.7×1017cm3。通常焊接條件下等離子體電子密度與等離子體粒子密度成對應(yīng)關(guān)系，所以添加膠層后，熔池上方焊接等離子體密度增加，表明激光膠接焊雙相鋼/鋁合金時，焊縫逸出Fe粒子的數(shù)量增加。對激光膠接焊和激光焊接進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)添加膠層，孔外等離子體電子密度增加，表明相同圖4526.89nm波長時譜線擬合結(jié)果焊接參數(shù)條件下，與激光焊接相比，激光膠接焊時上層雙相鋼板有更多的Fe元素被蒸發(fā)，說明更多的激光能量被焊件吸收。這是因為當(dāng)激光焊透上層雙相鋼板材達(dá)到下層鋁合金板材表面時，膠層增加焊件對激光能量的吸收，同時膠層受熱汽化，與金屬蒸汽共同作用，增加氣體密度，進(jìn)一步提高激光吸收率，從而增大了熔池上方光致等離子體的電子密度。由于吸收能量的增多，等離子體的電離程度隨之提高，其內(nèi)部粒子之間的碰撞也進(jìn)一步加劇，所以碰撞的概率也隨之增加。由于電子碰撞決定Stark加寬效應(yīng)，而Stark加寬效應(yīng)又決定等離子體的譜線的形態(tài)，因此激光焊接等離子體的譜線半高全寬小于激光膠接焊等離子體的譜線半高全寬。另外，碰撞程度的加劇，提高粒子在不同能級之間的躍遷概率，等離子體輻射更強(qiáng)烈，因此激光膠接焊光致等離子體的光譜輻射相對強(qiáng)度大于激光焊接[10]。2.3焊縫成形性分析本試驗對激光膠接焊和激光焊接進(jìn)行焊縫成形性對比分析，鋼/鋁焊縫微觀形貌如圖5所示。發(fā)現(xiàn)焊接試樣的焊縫表面成形性良好，添加膠層具有增加焊接熔深和熔寬的作用。對激光膠接焊和激光焊接而言，熱

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3610278