镀锌钢-6016铝合金异种金属加入中间夹层铅的激光焊接

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1、第32卷第12期焊接学报Vol．32No．122011年12月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONDecember2011镀锌钢－6016铝合金异种金属加入中间夹层铅的激光焊接*彭利，周惦武，吴平，张屹(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙410082)摘要:对1．2mm厚镀锌钢板和1．15mm厚6016铝合金平板试件进行了加入中间夹层铅的激光搭接焊试验，通过调整焊接工艺参数获得最佳焊接成形，利用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射、微机控制电子万能试验

2、机等手段研究了焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、主要物相与接头力学性能．结果表明，在钢/铝激光焊中添加中间夹层铅，焊接接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为68．51MPa和2．37%，与没有加铅夹层相比，抗拉强度和断后伸长率明显提高;夹层铅的加入，改变了钢/铝界面的元素分布、物相组成及微观组织形态，焊接接头过渡区域Fe，Al，Zn，Mg，Pb元素的混合区宽度较大，除生成Fe-Al，Mg-Zn脆性金属间化合物外，产生了新的金属间化合物Mg2Pb，改善了焊缝金属的力学性能．关键词:激光焊接;异种金属;金属间化合

3、物;微观组织彭利中图分类号:TG113．26+3文献标识码:A文章编号:0253－360X(2011)12－0081－040序言焊接钢/铝的探索研究可为激光焊接多材料车身结构提供重要的理论指导和技术支持．汽车车身多材料结构要求两种不同类型的材料进行连接(如钢/铝、铸铁/铝、铝/镁等)，对钢/铝异1试验方法种金属材料连接而言，两者之间的固溶度很低，物理、化学性能差异明显，极易反应生成FeAl脆性金试验采用DC025型板条式CO2激光器及五轴［1，2］属间化合物．由于传统熔焊的热输入量大，热源联动激光加工设备，激

4、光器最大输出功率2500W，难以准确控制，而激光焊接热量集中，应力应变小，连续输出的激光模式为TEM00，输出能量近似高斯［3－5］分布．光束发散半角α＜0．15×10－3rad，抛物面反因此激光焊是钢/铝的理想的焊接方法，FeAl脆性金属间化合物也成为影响激光焊接接头性能的射聚焦镜焦距为200mm，焦斑直径为0．4mm．主要因素．试验材料为100mm×30mm×1．2mm的通过以汽车车身用镀锌钢与6016铝合金为研DC56D+ZF镀锌钢和100mm×30mm×1．15mm究对象，进行激光搭接焊试验，以中间夹

5、层的方式加的6016铝合金的板材，材料的主要化学成分如入Pb元素钎料，期望通过铅的加入，使钢/铝之间实表1，表2所示．现良好熔合．此外改变钢/铝界面的元素分布、物相表1DC56D+ZF镀锌钢的化学成分(质量分数，%)组成及微观组织形态，铅替换FeAl脆性金属间化合Table1ChemicalcompositionsofDC56D+ZFzinc-coa-物中元素，或形成较高金属性、延性与塑性的新金属tedsteelsheet间化合物，以改善钢/铝焊接接头的力学性能．激光CSiMnPSFe0．0140．0080．

6、1180．0140．030余量收稿日期:2010－12－05基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2007AA042006);表26016铝合金的化学成分(质量分数，%)国家自然科学基金资助项目(50805045);湖南大学汽车Table2Chemicalcompositionsof6016aluminumalloy车身先进设计制造国家重点实验室自主课题资助项目SiMgFeZnMnCuAl(71075003)*参加此项研究工作的还有陈根余1．0～1．50．25～0．6＜0．5＜0．2＜0．2＜0．2

7、余量82焊接学报第32卷将镀锌钢板与6016铝合金组合后用夹具夹紧进行激光搭接焊试验，激光束垂直入射到上板表面，2试验结果及讨论随着光束的移动在搭接部位形成连续的激光焊缝．焊接过程中，采用氩气经拉伐尔喷嘴对熔池区进行2．1焊缝的表面成形性保护．为提高焊缝质量，焊接前用丙酮对铝板和镀焊缝成形性是激光焊接性能的重要影响因素．锌钢板的待焊表面进行清洗，以去除油污．对焊缝成形性进行研究有利于改善激光焊接工艺，考虑到激光焊时铝反射率高，钢比铝更能有效提高焊缝的可靠性及焊接质量．图2为钢/铅/铝焊地吸收激光，试验时将聚焦

8、激光作用在镀锌钢板一缝宏观形貌．图2a为加铅夹层后焊缝上表面的外侧，但是，得到的焊缝结果并不理想，焊缝上表面凹观，焊缝形貌平整连续，成形均匀一致，无明显的气陷，存在较多夹杂和气孔等缺陷．同时钢铝焊接过孔、裂纹等缺陷存在，接头变形小．图2b为此焊缝程中，两者极易反应生成脆性金属问化合物，严重恶的横截面形貌，发现除存在少数气孔缺陷外，钢/铝化了钢铝焊接接头的力学性能．为此利用激光深熔金属间熔合较好，与未