畢業(yè)論文：鍍鋅鋼板與鋁板的激光氬弧焊焊接工藝

鍍鋅鋼板與鋁板的激光氬弧焊焊接工藝

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摘要：
一種基于鍍鋅鋼板與鋁板的焊接新方法發(fā)展起來了，其中涉及了固態(tài)鋼與液態(tài)鋁之間的反應(yīng)，該方法采用激光氬弧焊焊接工藝。采用激光工藝測試了鋁直接熔化的策略，而采用氬弧焊工藝通過鋼加熱和鋼傳熱實現(xiàn)了鋁誘導(dǎo)熔化。反應(yīng)過程中生成的接口主要形成了2-40um厚的金屬間化合物反應(yīng)層。由激光和氬弧焊工藝得到的組件線性強度分別高達250 N/mm、190 N/mm。相應(yīng)的缺陷分別位于鋁的熔合區(qū)（激光組件）或位于反應(yīng)層中（氬弧焊組件）。
1、引言
為了迎合反污染的新標準，在未來幾年內(nèi)汽車行業(yè)旨在降低燃料消耗。這個目標可以通過減輕車重達到，這就是為什么時下高強度鋼和諸如鋁合金或鎂合金等輕合金使用的幾種方法正在研究中。鋼鐵和輕合金用于制造汽車，這意味著諸如鋼鐵與鋁合金或鋼鐵與鎂合金等不同材料的加入。鋼鋁熔化焊是一項技術(shù)難題，因為兩種材料的
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可分為擴散控制和Fe2Al3相接近的輕微凝固鋁。最近，學(xué)者們也在考慮固態(tài)鐵與液態(tài)鋁合金流動動力學(xué)對界面反應(yīng)的影響。
目前工作的主要目的是為了實現(xiàn)鍍鋅鋼板和鋁合金間的組合，采用兩種工藝、兩種配置和以下兩種不同的加熱策略：通過鋼加熱和熱擴散誘導(dǎo)鋁熔化或直接使鋁熔化，用或不用（釬焊）焊劑。激光實驗研究了有或沒有（釬焊）焊劑直接熔融的一套配置，在氬弧焊工藝中，鋁在一個重疊的配置中通過鋼加熱和熱擴散誘導(dǎo)而熔化的。通過冶金和機械手段對所有的鋼鋁組件進行了側(cè)重于界面層的分析。
2、材料
這些研究的材料：目前用于汽車工業(yè)的是歐洲標準EN10130所定義的DC04低碳鋼、6016-T4鋁合金。他們的化學(xué)成分、力學(xué)性能分別列入了表格1、2中。1.2mm厚的DC04鋼板上鍍有20um厚含0.2%鋁的鋅層，采用1mm厚的鋁板。
Nocolok的防腐釬焊劑，在裝配已得到了普遍用于，它可以消除鋁和鋼的氧化物。這種鋁氟化鉀通常用做鋁合金焊劑，其熔化溫度為565度到572度之間，其恰好在鋁熔化之前熔化。然后，它溶解鋁氧化物，使固態(tài)鋼和鋁液直接接觸，防止鋁液的氧化。


3、實驗過程
3.1、激光實驗
組裝前鋁板采用800級的砂紙打磨，丙酮酸脫脂，鍍鋅鋼板只需脫脂。
文獻17中提到的非鍍鋅鋼板必須使用防腐（釬焊）焊劑，才可以把熔融的鋁液潤濕到固態(tài)鋼上。另一方面，不需使用焊劑的鋼材[15、16]要求確保鍍鋅鋼板潤濕，因為鐵、鋁及鋅間的冶金兼容性好。然而，為了揭示焊劑在組件上的影響，進行了有或沒有焊劑的激光實驗。在這種情況下，焊劑（焊劑粉末溶解在乙醇中）噴涂在鋼鐵表面并在組裝前弄干，以獲得大約10-50微米的平均厚度。
在一套設(shè)備（圖1A）上對一樣板進行了，該樣板長為120mm、寬為90mm，用到的激光為釹YAG連續(xù)波，其掃描速度介于0.6-1.4米/分，激光功率為3KW。操作時用200毫米的焦鏡，成30度照射角度形成2.3*1.8毫米的橢圓點。激光用于散焦條件下，其強度為70-90kw/cm2.
所有的激光測試都是在一個水平位置上進行的，以提高鋁在重力的作用在鋼板上擴散。激光束定向于上面的鋁板，加熱表面通過氬氣保護防止被氧化，氬氣流量為10L/Min,焊接情況歸納與表3.

3.2 氬弧焊實驗
200毫米長，60毫米厚的鋁板和鋼板用丙酮脫脂。裝配前焊劑沉積于板材表面。在一臺重疊設(shè)備（圖1B）進行焊接測試，弧焊機調(diào)到直流負極檔。3.2毫米直徑的鎢電極打磨成30度斜角使用。電極總位于鋼板一側(cè)，這樣，通過鋼加熱熱和熱擴散使接口的鋁熔化。實驗中弧長為1.5mm，電流強度介于70A與80A之間，焊接速度控制在0.08-0.14m/min(表格3)。
3.3 冶金與機械性能
在120毫米長的激光組件和200毫米長的氬弧焊組件中，刨開組件觀察宏觀與微觀橫截面，然后依次用220、800、1200級別的砂紙拋光，其次是用3um、1um的石墨拋光劑，最后用SIO2拋光劑磨成鏡面般的表面。
用凱勒試劑腐蝕鋁試樣得出其顯微結(jié)構(gòu)，用硝酸酒精腐蝕鋼鐵試樣。然后使用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能量色散譜儀和電子探針研究接頭的微觀結(jié)構(gòu)。
在橫街面上也進行硬度和壓痕測試以估計受影響的區(qū)域和接頭的局部力學(xué)性能。
三個拉伸試驗的樣本是由符合各自試驗條件的組件機加工而得。激光組件的試樣長120mm，寬20mm，氬弧焊組件試樣長為60mm寬為20mm。拉伸試驗以1mm/min的恒定速度垂直于連接線（圖10和11）方向進行。試驗失敗后，用掃描電鏡觀察試樣斷裂部分并分析裂紋路徑，通過圖像分析對端口進行評價。


4 實驗結(jié)果
4.1 bead aspect
4.1.1激光組件
鋁的直接激光照射，用于實驗的設(shè)備及水平的位置允許鋁在鋼板上熔化、擴散。接頭由固態(tài)鋼與液態(tài)鋁相互作用而生成的金屬間化合物層而形成（反應(yīng)潤濕）。
根據(jù)激光速度和裝配前是否使用釬焊劑可以得到截然不同的潤濕角（圖2和圖3）。沒有焊劑的組件上，激光速度可從0.6m/min增加到1.4m/min，潤濕角可從22度增加到 ……（未完，全文共4376字，當前僅顯示2210字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：鍍鋅鋼板與鋁板的激光氬弧焊焊接工藝》）