鋁-鋼金屬箔小功率YAG激光焊接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、本文研究了厚度均為0.3mm的316L不銹鋼和6061鋁合金的小功率Nd:YAG激光焊接。實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)采用搭接和封邊接頭形式，利用正交實(shí)驗(yàn)的方法分別優(yōu)化了鋁/鋼直接接觸焊接接頭形式的工藝參數(shù)（焊接電流、速度和激光頻率、脈寬）；利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析和顯微硬度測(cè)試等方法研究了接頭橫截面顯微組織特征、成型及熔合情況、元素分布、斷口的斷裂形式以及界面硬度變化情況和規(guī)律。為了改善界面冶金結(jié)合情況，對(duì)不銹鋼鍍銅處理，研究了銅元素對(duì)接頭界面

2、元素、組織分布和接頭性能的影響。搭接接頭單位長度抗拉剪負(fù)荷最大的是c號(hào)件，為22.23N/mm。獲得了最優(yōu)水平參數(shù)為A1B3C2D3，即焊接電流為100A，焊接速度為170 mm/min，激光脈寬為4.5ms，激光頻率為12Hz。并依據(jù)優(yōu)化后的參數(shù)得到焊接接頭，接頭單位抗拉剪力為27.31 N/mm，大于c號(hào)件。影響焊接接頭單位抗拉剪載荷的水平因素主次順序?yàn)锳＞C＞D＞B，焊接電流是影響鋁鋼激光搭接焊質(zhì)量最主要的因素。在界面區(qū)域Fe、A

3、l相互擴(kuò)散生產(chǎn)大量的(Fe, Cr, Ni)Al3、(Fe, Cr, Ni)Al2、(Fe, Cr, Ni)Al等金屬間化合物；熔化的鐵基體由于C元素的存在而開裂；靠近熔合線附近的裂紋主要是產(chǎn)生的金屬間化合物和C元素共同作用，由于熔合區(qū)的不銹鋼發(fā)生了急速冷卻，故熔合區(qū)的硬度大于母材的硬度；在熔合線附近由于脆硬的金屬間化合物的存在，使熔合線區(qū)域的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于母材的硬度；裂紋附近的含碳量較高裂紋附近的硬度也遠(yuǎn)大于母材的硬度，研究接頭的斷裂形

4、式為沿著晶界的脆性斷裂。封邊焊接接頭單位長度抗拉剪負(fù)荷最大的是f號(hào)件，為19.79 N/mm。鋁/鋼激光封邊焊的優(yōu)水平為A2B3C3D2，即焊接電流為110A，激光脈寬為4ms，激光頻率為16Hz，焊接速度為200mm/min。鋁鋼接頭界面處有少量鐵嵌入鋁基體中，并和鋁元素發(fā)生反應(yīng)；主要由靠近鋁一側(cè)的(Fe, Cr, Ni)Al和靠近鋼一側(cè)的( Fe, Cr, Ni)2Al5組成，嵌入鋁一側(cè)的主要是?-Al和(Fe, Cr, Ni)3A

5、l組成。由于鋁鋼對(duì)激光吸收的差異性導(dǎo)致焊接接頭焊縫區(qū)域的熔合線與母材之間的縫隙呈“Y”型，部分接頭不銹鋼熔池區(qū)域和熔合線附近出現(xiàn)不同程度的裂紋。不銹鋼與鋁合金熔合線位置處顯微硬度急劇增加，遠(yuǎn)大于焊縫不銹鋼熔池處的硬度；鋁鋼異種金屬封邊焊接的斷裂形式主要是脆性斷裂，與搭接接頭不同的是：封邊接頭并伴隨有一定的塑性斷裂。不銹鋼表面鍍銅形成了鋁鋼焊接的過渡層，減緩了界面處液態(tài)金屬傳遞，抑制了鐵鋁之間的熔合，鋁鋼熔合線向鋼一側(cè)偏移。不銹鋼與鋁直接

6、焊接時(shí)，焊接接頭組織主要由靠近鋁一側(cè)的細(xì)小條狀、片層狀的Fe2Al5和靠近鋼一側(cè)的FeAl組成；鍍銅后Cu主要固溶到Fe中，接頭組織主要由（Fe, Cu)2Al5、(Fe, Cu)3Al組成。鍍銅后單位長度抗拉力呈現(xiàn)不同程度的增加，增幅大約為20％-40%，其中 i接頭抗拉力增幅最大，未鍍銅接頭單位長度的抗拉力為11.14N/mm，不銹鋼鍍銅后接頭單位長度的抗垃力為15.63N/mm，抗拉力增加40.32%。然而所研究的i號(hào)試樣鍍銅前后