鋁-鋼激光熔釬焊實(shí)驗(yàn)及工藝參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、近年來(lái)，環(huán)境保護(hù)和能源供應(yīng)問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，對(duì)節(jié)能減排的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。輕量化是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排要求的有效途徑，鋁合金與鋼形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)能顯著減輕結(jié)構(gòu)重量，達(dá)到節(jié)約能源和減少氣體排放的目的。因而在航空、造船、汽車等工業(yè)中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的應(yīng)用前景。
　　本文通過(guò)添加不同含硅量的焊絲，使用激光作為熱源對(duì)鋁/鋼異種金屬對(duì)接接頭進(jìn)行熔釬焊試驗(yàn)。研究硅含量以及工藝參數(shù)對(duì)接頭焊縫成形、微觀組織及力學(xué)性能的影響，并使用響應(yīng)曲面法優(yōu)化焊接過(guò)程中

2、的工藝參數(shù)。論文主要工作包括以下幾點(diǎn)：
　　（1）理論方面：分析激光與金屬之間的相互作用機(jī)理以及激光對(duì)材料表面的加熱過(guò)程；探討異種金屬的焊接性，特別是鋁/鋼異種金屬焊接的難點(diǎn)；闡述熔釬焊過(guò)程中影響液態(tài)釬料在母材表面潤(rùn)濕和鋪展性能的因素，以及液態(tài)釬料與固態(tài)母材之間的相互作用。
　?。?）實(shí)驗(yàn)方面：設(shè)計(jì)焊接夾具，使用光纖激光器對(duì)鋁合金和不銹鋼進(jìn)行激光熔釬焊實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)Si元素含量及工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響進(jìn)行研究，并闡明焊縫內(nèi)部

3、氣孔和裂紋產(chǎn)生的原因以及焊縫不同位置晶粒狀態(tài)。通過(guò)焊接過(guò)程熔池溫度的分布、化合物的產(chǎn)生和生長(zhǎng)機(jī)理，解釋界面化合物形態(tài)和厚度的差異的原因；然后對(duì)不同Si含量接頭的截面和斷口的物相組成進(jìn)行檢測(cè)；綜合分析工藝和微觀組織對(duì)接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，并對(duì)接頭斷裂機(jī)理進(jìn)行分析。結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度受金屬間化合物種類和元素之間擴(kuò)散的影響較大。添加ER4047焊絲的焊縫中會(huì)產(chǎn)生τ5和τ6相，鋁/鐵元素之間的擴(kuò)散受到抑制，從而損害接頭強(qiáng)度。接頭斷裂表現(xiàn)為

4、混合斷裂模式。在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，化合物反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論，提出一種Si元素含量對(duì)界面化合物生長(zhǎng)的影響模型。
　?。?）工藝參數(shù)優(yōu)化方面：首先采用中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立抗拉強(qiáng)度和工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型的合適性進(jìn)行檢驗(yàn)和分析，探討工藝參數(shù)對(duì)響應(yīng)值的主效應(yīng)及交互作用的關(guān)系；然后以接頭最大拉伸強(qiáng)度為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)焊接過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；最后使用最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)最優(yōu)參數(shù)條件下接頭的力學(xué)性