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1、第32卷第12期焊接學(xué)報Vol．32No．122011年12月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONDecember2011鍍鋅鋼－6016鋁合金異種金屬加入中間夾層鉛的激光焊接*彭利，周惦武，吳平，張屹(湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點(diǎn)實(shí)驗室，長沙410082)摘要:對1．2mm厚鍍鋅鋼板和1．15mm厚6016鋁合金平板試件進(jìn)行了加入中間夾層鉛的激光搭接焊試驗，通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)獲得最佳焊接成形，利用臥式金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射、微機(jī)控制電子萬能試驗
2、機(jī)等手段研究了焊接接頭各區(qū)域的金相組織、斷口形貌、主要物相與接頭力學(xué)性能．結(jié)果表明，在鋼/鋁激光焊中添加中間夾層鉛，焊接接頭的平均抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率分別為68．51MPa和2．37%，與沒有加鉛夾層相比，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率明顯提高;夾層鉛的加入，改變了鋼/鋁界面的元素分布、物相組成及微觀組織形態(tài)，焊接接頭過渡區(qū)域Fe，Al，Zn，Mg，Pb元素的混合區(qū)寬度較大，除生成Fe-Al，Mg-Zn脆性金屬間化合物外，產(chǎn)生了新的金屬間化合物Mg2Pb，改善了焊縫金屬的力學(xué)性能．關(guān)鍵詞:激光焊接;異種金屬;金屬間化合
3、物;微觀組織彭利中圖分類號:TG113．26+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0253－360X(2011)12－0081－040序言焊接鋼/鋁的探索研究可為激光焊接多材料車身結(jié)構(gòu)提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持．汽車車身多材料結(jié)構(gòu)要求兩種不同類型的材料進(jìn)行連接(如鋼/鋁、鑄鐵/鋁、鋁/鎂等)，對鋼/鋁異1試驗方法種金屬材料連接而言，兩者之間的固溶度很低，物理、化學(xué)性能差異明顯，極易反應(yīng)生成FeAl脆性金試驗采用DC025型板條式CO2激光器及五軸［1，2］屬間化合物．由于傳統(tǒng)熔焊的熱輸入量大，熱源聯(lián)動激光加工設(shè)備，激
4、光器最大輸出功率2500W，難以準(zhǔn)確控制，而激光焊接熱量集中，應(yīng)力應(yīng)變小，連續(xù)輸出的激光模式為TEM00，輸出能量近似高斯［3－5］分布．光束發(fā)散半角α＜0．15×10－3rad，拋物面反因此激光焊是鋼/鋁的理想的焊接方法，F(xiàn)eAl脆性金屬間化合物也成為影響激光焊接接頭性能的射聚焦鏡焦距為200mm，焦斑直徑為0．4mm．主要因素．試驗材料為100mm×30mm×1．2mm的通過以汽車車身用鍍鋅鋼與6016鋁合金為研DC56D+ZF鍍鋅鋼和100mm×30mm×1．15mm究對象，進(jìn)行激光搭接焊試驗，以中間夾
5、層的方式加的6016鋁合金的板材，材料的主要化學(xué)成分如入Pb元素釬料，期望通過鉛的加入，使鋼/鋁之間實(shí)表1，表2所示．現(xiàn)良好熔合．此外改變鋼/鋁界面的元素分布、物相表1DC56D+ZF鍍鋅鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)組成及微觀組織形態(tài)，鉛替換FeAl脆性金屬間化合Table1ChemicalcompositionsofDC56D+ZFzinc-coa-物中元素，或形成較高金屬性、延性與塑性的新金屬tedsteelsheet間化合物，以改善鋼/鋁焊接接頭的力學(xué)性能．激光CSiMnPSFe0．0140．0080．
6、1180．0140．030余量收稿日期:2010－12－05基金項目:國家863高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目(2007AA042006);表26016鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)國家自然科學(xué)基金資助項目(50805045);湖南大學(xué)汽車Table2Chemicalcompositionsof6016aluminumalloy車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點(diǎn)實(shí)驗室自主課題資助項目SiMgFeZnMnCuAl(71075003)*參加此項研究工作的還有陳根余1．0～1．50．25～0．6＜0．5＜0．2＜0．2＜0．2
7、余量82焊接學(xué)報第32卷將鍍鋅鋼板與6016鋁合金組合后用夾具夾緊進(jìn)行激光搭接焊試驗，激光束垂直入射到上板表面，2試驗結(jié)果及討論隨著光束的移動在搭接部位形成連續(xù)的激光焊縫．焊接過程中，采用氬氣經(jīng)拉伐爾噴嘴對熔池區(qū)進(jìn)行2．1焊縫的表面成形性保護(hù)．為提高焊縫質(zhì)量，焊接前用丙酮對鋁板和鍍焊縫成形性是激光焊接性能的重要影響因素．鋅鋼板的待焊表面進(jìn)行清洗，以去除油污．對焊縫成形性進(jìn)行研究有利于改善激光焊接工藝，考慮到激光焊時鋁反射率高，鋼比鋁更能有效提高焊縫的可靠性及焊接質(zhì)量．圖2為鋼/鉛/鋁焊地吸收激光，試驗時將聚焦
8、激光作用在鍍鋅鋼板一縫宏觀形貌．圖2a為加鉛夾層后焊縫上表面的外側(cè)，但是，得到的焊縫結(jié)果并不理想，焊縫上表面凹觀，焊縫形貌平整連續(xù)，成形均勻一致，無明顯的氣陷，存在較多夾雜和氣孔等缺陷．同時鋼鋁焊接過孔、裂紋等缺陷存在，接頭變形?。畧D2b為此焊縫程中，兩者極易反應(yīng)生成脆性金屬問化合物，嚴(yán)重惡的橫截面形貌，發(fā)現(xiàn)除存在少數(shù)氣孔缺陷外，鋼/鋁化了鋼鋁焊接接頭的力學(xué)性能．為此利用激光深熔金屬間熔合較好，與未
