铜钢异种材料激光焊接研究

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1、上海交通大学硕士学位论文铜钢异种材料激光焊接研究摘要本论文采用高功率激光加工系统，对碳钢和T1紫铜的异种金属激光焊接进行了全面系统的研究，旨在提出一种适合铜钢异种金属激光焊接的工艺。首先，从焊接冶金和金属凝固的角度分析铜钢异种材料的焊接性，并考虑了铜对激光的高反射率，设计了激光偏向钢侧、对接面为斜面和尽量减小铜的熔化量的铜钢异种材料激光焊接工艺。然后，分别进行不同的铜的熔化率的铜钢激光焊接试验，以及从增大工艺适应性角度进行了添加镍片的铜钢激光焊接试验。最后，对焊接接头进行了力学性能、接头成分和显微组织测试和分

2、析，并根据测试和分析结果，讨论了激光束偏向钢侧的铜钢激光焊接过程中焊缝铜侧界面形成机理。铜的熔化量对铜钢异种接头的力学性能和显微组织产生显著的影响。当铜的熔化量远大于钢时，焊缝中存在大量分布于铜基体上的中间相颗粒，并有大量气孔缺陷，拉伸试验接头断裂于焊缝，抗拉强度为250.7Mpa；当铜的熔化量接近钢时，焊缝中存在大量分布于晶间的中间相颗粒，焊缝中有大量气孔和裂纹缺陷，拉伸试验接头断裂于焊缝，抗拉强度为139.3Mpa；当铜的熔化量远小于钢时，焊缝铜侧界面上部存在少量中间相颗粒，界面中下部焊缝呈旋涡状侵入铜侧

3、基体，焊缝中无明显缺陷，拉伸试验接头上部断裂于铜侧界面，下部断裂于铜侧母材，抗拉强度为251.3Mpa。在铜钢异种接头中添加过渡材料镍，从焊接接头力学性能角度来说，焊接工艺适应性明显提高。本文以在铜钢接头中间添加镍片的方式，分别I摘要进行不同的铜的熔化量的激光焊接试验。当铜的熔化量较多时，焊缝中存在大量气孔缺陷，拉伸试验接头断裂于焊缝，抗拉强度为249Mpa，铜熔化量少的焊缝中存在少量气孔缺陷，拉伸试验接头断裂于铜侧母材，抗拉强度为250.9Mpa。通过铜钢异种接头力学性能以及OM、SEM和TEM的显微组织分

4、析，结果表明当焊缝金属中铜的熔化率较低时，可以获得无气孔、裂纹等缺陷，抗拉强度超过T1紫铜母材的焊接接头，其焊缝的形成过程为：1）激光束偏向EH36碳钢一侧，钢首先熔化形成匙孔；2）随着热量的传递，EH36铜钢/Cu对接界面处的铜少量熔化，界面上部铜钢充分混合，界面中下部熔池钢液以湍流形式侵入铜为熔化或临界熔化状态的铜基体内；最后，3）熔池凝固形成焊缝。关键词：激光焊接，铜钢异种材料焊接，激光束偏置，斜面对接II上海交通大学硕士学位论文LASERWELDINGFORCOPPER-STEELJOINTABSTR

5、ACTInthispaper,dissimilarmaterialslaserweldingofcarbonsteelandT1copperwascomprehensivelyandsystematicallyresearched,andanewmethodofdissimilarmaterialslaserweldingofcopper-steelwasproposed.Firstly,dissimilarmaterialsweldingweldabilityofcopper-steelwasanalyze

6、dbyweldingmetallurgyandmoltenpoolsolidificationprocess.BecauseofthehighreflectivityofcoppertoCO2laserbeam,thescarfjointgeometrywasused,i.e.,thesidesofthecopperandsteelwereinobtuseandacuteangles,respectively.Duringtheweldingprocess,thelaserbeamwasfixedonthes

7、teelsideandthedilutionratioofcoppertosteelwascontrolledbyproperlyselectingthedeviationofthelaserbeam.Secondly,Copper-steelbuttjointswithdifferentcopperdilutionratiowerewelded.Toimprovetheadaptabilityoftechnology,copper-steelbuttjointwithnickeladdedinalsower

8、ewelded.Finally,Mechanicalproperties,compositionandmicrostructureofjointsweremeasuredandanalyzed.Accordingtotheanalysisresult,theformationprocessofinterfacebetweenintermixingzoneandcopperplatewasdiscus