钢_铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究

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1、学校代号10532学号S1502W0155分类号TG665密级公开工程硕士学位论文钢/铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究学位申请人姓名周来沁培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称周惦武教授张才友高工学科专业机械工程研究方向激光加工论文提交日期2018年4月23日学校代号：10532学号：S1502W0155密级：公开湖南大学硕士学位论文钢/铝层间添加粉末激光焊接头组织性能及改善机理研究学位申请人姓名：周来沁导师姓名及职称：周惦武教授张才友高工培养单位：机械与运载与工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：201

2、8年4月23日论文答辩日期：2018年5月25日答辩委员会主席：程军圣教授StudyonMicrostructureandPropertiesofLaser-weldedJointofSteel/AluminumAddedPowderZHOULaiqinB.E.(WuhanInstituteofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalen

3、gineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHOUDianwuSeniorEngineerZHANGCaiyouMay，2018钢/铝添加粉末激光焊接接头组织性能及改善机制研究摘要汽车轻量化成为21世纪汽车技术的前沿和热点，车身上大量使用轻质材料已成为汽车产业的发展趋势，而双相钢与铝合金作为良好的轻量化材料已得到广泛利用。对于双相钢、铝合金的连接而言，由于两者之间物理、化学性能差异明显，易生成脆性Fe-Al化合物，因此难以获得优质的钢/铝

4、接头。为探索一种新的钢/铝连接方法，本文选取汽车车身用DP590双相钢与6016铝合金作为研究对象，基于第一性原理计算，研究粉末原子在Fe-Al化合物晶胞中的置换可能性与占位规律，选择并设计粉末元素，进行钢上/铝下搭接、钢/铝层间添加中间层粉末的激光焊接试验，利用金相显微镜、带EDS与EBSD探头的环境扫描电镜和微机控制电子万能试验机等研究焊缝成形、焊缝相组成、晶粒大小、界面元素与分布及接头抗剪性能，探索中间层粉末对双相钢/铝合金激光搭接焊时的作用及改善焊接接头性能的机理。研究结果期望为车用双相钢/铝合金的优质焊接提供新的

5、研究思路，并为推进汽车轻量化提供重要理论依据和实验基础。通过粉末原子分别替代FeAl化合物中的Fe原子或Al原子，计算Fe8Al8超胞的形成热、弹性常数、电子结构，发现Ti原子优先取代FeAl化合物中的Al原子，形成的化合物具有延性，能降低Fe-Al化合物的脆性，同时从工艺的角度分析，选择Ti作为钢/铝层间的粉末元素。以获得最佳焊缝表面成形性为目标，对1.4mm双相钢板和1.2mm厚6016铝合金进行有无添加Ti粉激光搭接焊实验，发现焊缝表面成形性良好，无明显缺陷，添加Ti粉焊接接头剪切性能与未添加粉末相比，线载荷提高，延

6、伸率增大；焊缝区晶粒细小，添加元素均匀分布在铝侧熔池，下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制，熔融态Al向熔宽两侧迁移，熔池内部Fe、Al的混合程度减弱，钢/铝界面Fe-Al化合物的层厚度变小，界面层金属间化合物种类发生改变，生成延性相Fe2Ti。基于钢上铝下搭接激光焊温度场的数值模拟，发现添加Ti粉对上层双相钢的温度变化影响不明显，而对于下层的铝合金，添加Ti粉，焊接接头熔深增加，熔宽变窄，Ti粉的加入，促进热量从上层钢向下层铝进行传递，减少横向传热，由于Ti的熔点较高，上层钢熔化时，添加Ti粉吸收了热量，从而增加焊接熔池的深

7、度。关键词：激光焊接；双相钢/铝合金；第一性原理；添加粉末；组织性能；II工程硕士学位论文AbstractLightweightingofautomobileshasbecomethefrontierandhotspotof21stcenturyautomobiletechnology.Theuseoflightweightmaterialsonalargenumberofvehicleshasbecomethedevelopmenttrendoftheautomotiveindustry,anddual-phaseste

8、elandaluminumalloyhavebeenwidelyusedasgoodlightweightmaterials.Fortheconnectionofdual-phasesteelsandaluminumalloys,itisdifficulttoobtainhigh-qualitystee