鋁/鋼異種材料的連接一直是具有很高研究?jī)r(jià)值的課題之一,改善其焊接接頭的組織形貌并提高其力學(xué)性能是研究鋁/鋼連接的重要目的,鋁/鋼焊接接頭在航空航天以及汽車制造等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。目前為止,針對(duì)鋁/鋼材料的焊接也有了許多的研究,但由于其焊接的難度較高,導(dǎo)致焊接接頭力學(xué)性能較差。本文根據(jù)現(xiàn)有研究中存在的問題以及在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用上的迫切需要,針對(duì)鋁/鋼焊接接頭的氣孔缺陷、界面層不均勻等問題,開展對(duì)鋁/鋼材料的擺動(dòng)激光焊接技術(shù)研究,改善界面層不均勻問題、抑制焊接缺陷,提高鋁/鋼接頭力學(xué)性能。首先,對(duì)2mm厚的鋁/鋼材料進(jìn)行了焊接工藝的系統(tǒng)研究。對(duì)不同的擺動(dòng)激光形式進(jìn)行了對(duì)比分析,并重點(diǎn)研究了擺動(dòng)形式為無(wú)窮形（軌跡為∞形）時(shí)擺動(dòng)激光填絲焊接的工藝特點(diǎn)。擺動(dòng)激光焊接采用聚焦模式,提高了激光的能量利用率,并且在更加大且均勻的熱源下,得到了更好的焊縫成形,解決了焊縫背部潤(rùn)濕不良的問題。除此以外,在單激光焊接時(shí)由于熔池存在時(shí)間短,氣體來不及逸出易出現(xiàn)氣孔,擺動(dòng)激光焊接可有效抑制氣孔。除此之外,橫向擺動(dòng)激光焊接與縱向擺動(dòng)激光焊接由于邊緣處能量密度高,在焊接中易出現(xiàn)焊接飛濺,而當(dāng)采用環(huán)形擺動(dòng)以及無(wú)窮形擺動(dòng)焊接... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：77 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Al-Fe二元合金相圖[22]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-并隨之發(fā)生互相流動(dòng)擴(kuò)散，之后經(jīng)過再結(jié)晶現(xiàn)象，最后在接頭界面處形成堅(jiān)固的冶金結(jié)合方式，焊接時(shí)母材未融化，即為固相連接方式，攪拌摩擦焊所需要的焊接熱輸入量孝焊后工件變形孝焊接速度快，因此是鋁/鋼異種材料焊接中很常用的方法之一。德國(guó)的CoelhoRS[24]等人對(duì)AA6282-T4鋁合金和兩種不同的高強(qiáng)度鋼進(jìn)行了攪拌摩擦焊接，獲得了幾乎沒有缺陷的良好接頭。盡管使用的是不同母材的鋼材料，但獲得了具有相似的形貌的焊接接頭，主要由細(xì)小α-Fe相與薄層狀的FexAly相組成，其中α-Fe相所占厚度較薄，化合物層總厚度大約為50μm，如圖1-2所示。圖1-2鋁和鋼攪拌摩擦焊的接頭界面[24]：a)DP600，b)HC260LALee[25]等人通過攪拌摩擦焊接對(duì)304奧氏體不銹鋼和6056–T4鋁合金進(jìn)行了焊接如圖1-3。在接頭界面結(jié)合位置發(fā)現(xiàn)了渦流性交叉的界面并存在一層薄薄的IMC層，IMC層厚度僅有250nm，經(jīng)分析測(cè)試確定為密排六方型的FeAl4，此種情況是由攪拌頭在接頭界面攪拌引起的。除此之外，在臨近IMC層的區(qū)域，還觀察到了超細(xì)的晶粒。經(jīng)分析測(cè)定后確定該組織是鐵素體，他們認(rèn)為這是因?yàn)樵诤附舆^程當(dāng)中，鋼母材的高應(yīng)變頻率使得其奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變成為鐵素體。圖1–3攪拌摩擦焊時(shí)的Fe/Al界面[25]：a)微觀界面，b)FeAl4衍射花樣，c)變形后鋼的衍射花樣

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-1.2.3釬焊釬焊也是鋁/鋼異種材料焊接常采用的方式之一。其原理是利用比母材熔點(diǎn)低的釬料夾雜在要進(jìn)行焊接的鋁和鋼中間，放進(jìn)釬焊爐中將溫度加熱到釬焊熔點(diǎn)之上、母材熔點(diǎn)之下。利用液態(tài)的釬料對(duì)鋁/鋼之間間隙進(jìn)行潤(rùn)濕鋪展，填充兩者之間的間隙，且釬料與母材之間進(jìn)行相互擴(kuò)散而最終實(shí)現(xiàn)鋁/鋼的連接[9]。在釬焊的過程中，基體鋁不會(huì)發(fā)生融化，從而避免了界面處生成大量的IMC。印度學(xué)者Srinivas[26]等人研究了在利用Al–18Ag–20Cu–5Si–0.2Zn釬劑實(shí)現(xiàn)了鋁/鋼異種材料的爐中釬焊。他們發(fā)現(xiàn)在釬焊界面處出現(xiàn)了Al2Cu，Ag3Al和Ag5Al等相。這些相的存在能夠明顯提高釬焊界面的結(jié)合強(qiáng)度，所得到的接頭強(qiáng)度在應(yīng)變速率為8%的條件下為629MPa，而AISI304鋼母材的為606MPa，如圖1-4所示。圖1-4釬焊得到的鋁/鋼異種材料[26]：a)成型件，b)釬焊界面哈爾濱工業(yè)大學(xué)的姜麗麗[27]采用高頻加熱熱浸鍍的方法熱浸鍍一層純鋁或者AlSi12到不銹鋼表面，相比于焊前未熱浸鍍的釬焊接頭，焊前熱浸鍍純鋁的接頭的成型更好如圖1-5，不存在難以逸出的氣體引起的氣孔和潤(rùn)濕性不良引起的未釬上等缺陷，并且熱浸鍍Al后釬縫的組織比較均勻，釬縫主要相為α-Al及Al-Si共晶相如圖1-6。圖1-5整體釬焊接頭的金相形貌[27]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬鍍層對(duì)鋁/鋼激光熔釬焊接頭組織與性能的影響[J]. 黃健康,王梓懿,劉寧,余淑榮,樊丁.  材料工程. 2018(05)
[2]鋼/鋁異種合金激光深熔釬焊與深熔焊工藝研究進(jìn)展[J]. 崔麗,盧東琪,王國(guó)紅,賀定勇.  航空制造技術(shù). 2018(03)
[3]激光掃描焊接工藝對(duì)鋁合金焊接氣孔率的影響[J]. 周立濤,王旭友,王威,王詩(shī)洋.  焊接學(xué)報(bào). 2014(10)
[4]鐵/鋁爆炸復(fù)合雙金屬管界面的結(jié)合性能（英文）[J]. 孫顯俊,陶杰,郭訓(xùn)忠.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(10)
[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]鋁合金厚板的性能、應(yīng)用及市場(chǎng)[J]. 王祝堂.  有色金屬加工. 2007(01)
[7]光束擺動(dòng)法減小激光焊接氣孔傾向[J]. 趙琳,張旭東,陳武柱,包剛.  焊接學(xué)報(bào). 2004(01)

博士論文
[1]鋼鋁異種金屬交流雙脈沖焊接接頭組織及性能研究[D]. 蘇永超.上海交通大學(xué) 2014
[2]鋁/鍍鋅鋼板CMT熔—釬焊機(jī)理研究[D]. 張洪濤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]5A06鋁合金厚板窄間隙激光掃描焊接工藝特性研究[D]. 鄒吉鵬.機(jī)械科學(xué)研究總院 2018
[2]鋁合金/不銹鋼對(duì)接接頭激光-MIG復(fù)合熔釬焊工藝及接頭組織性能[D]. 薛珺予.西南交通大學(xué) 2018
[3]鋁/鋼P(yáng)P-GMA熔—釬焊接電弧穩(wěn)定性與焊接質(zhì)量研究[D]. 李劍雄.天津大學(xué) 2017
[4]鋁合金振蕩掃描激光焊接數(shù)值模擬[D]. 王文華.華中科技大學(xué) 2016
[5]鋁/鋼激光熔釬焊實(shí)驗(yàn)及工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 佘杰.江蘇大學(xué) 2016
[6]鋁合金/預(yù)鍍層不銹鋼釬焊工藝及界面特征研究[D]. 姜麗麗.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[7]鋁/鋼添加鉛中間層CMT熔—釬焊工藝及組織性能研究[D]. 賴華清.江蘇科技大學(xué) 2014
[8]熱處理工藝對(duì)新型高強(qiáng)β鈦合金組織和性能的影響[D]. 張虎.西安建筑科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3552800