[01335456]铝/钢异种金属电弧辅助激光熔钎焊焊缝表面成形研究

1. 课题来源与背景 1964年剪裁拼焊板被引入到汽车制造中,使用拼焊板制成的汽车覆盖件具有减小汽车自身质量、降低油耗、提高汽车性能等优点,剪裁拼焊板使得设计者可以采用不同厚度,不同材质或不同表面涂层的材料焊在一起,然后再进行冲压成形。铝及其加工材料具有密度低、比强高、抗冲击性能良好、耐腐蚀性强、易加工成形及良好的再生性能等优点,在交通运输工业中已有广泛的应用。钢是应用最广泛的金属材料,镀锌钢被广泛使用在车身外覆盖件中以增加抗腐蚀性能,铝合金/镀锌钢剪裁拼焊板充分利用了两种材料固有的优点,具有轻质、高强、良好的导热导电性能,在保证汽车安全性、可靠性的前提下,将其应用于汽车行业中,对于减轻车身重量、改善结构强度、降低能源消耗,被认为是最为经济有效的解决方法。将铝合金应用于汽车结构件上,随之而来亟待解决的是铝/钢异种金属之间的焊接问题。 2. 研究目的与意义 铝/钢异种金属焊接的关键问题是精确控制焊接热输入,在保证铝和钢可靠连接下,减少接头界面金属间化合物的产生。熔钎焊是抑制或减少铝/钢焊接过程Al-Fe脆性金属间化合物的有效焊接方法,当采用搭接焊时,两种材料完全贴合或者部分重叠增加了焊接件的重量,不利于结构轻量化,相比较铝/钢搭接接头,铝/钢对接焊,可减轻搭接时板件重叠部分的质量,更适合剪裁加工。研究表明,除了界面脆性的金属间化合物,铝/钢薄板激光对接焊时,热源过于集中,液态金属的润湿铺展性能差,接头底部界面反应不充分,焊缝背面成形不良。增加焊接过程的热输入,有助于促进液态金属的润湿铺展,但同时也增加了金属间化合物的生长趋势,接头脆性增加。另外,异种金属薄板焊接,由于热物理性能差异大,薄板刚度较小,焊后易产生复杂的应力分布和较大的面外变形,影响了其后续的剪裁、冲压和成型。因此开发新型、高效,适合铝/钢异种金属薄板的对接焊技术,是当前铝/钢薄板对接熔钎焊技术亟待解决的关键问题。 3 主要技术与经济指标完成情况 1). 搭建了电弧辅助激光熔钎焊试验系统,获得了正、背面成形良好、美观的铝/钢对接熔钎焊焊缝;建立了焊接参数与界面层结构（厚度,形态）和力学性能的对应关系,获得了较为优化的工艺参数范围。申请并授权发明专利一项,发表学术论文3篇。 2). 建立了铝/钢异种金属TIG电弧辅助激光熔钎焊的温度场、应力场有限元模型,并利用实测数据评价计算模型的有效性,为调控焊接残余应力与变形、优化电弧辅助激光熔钎焊工艺提供依据。 3). 结合正交数值分析,对铝/钢异种金属薄板焊接应力和变形进行了有效调控,在此基础上,获得了铝/钢电弧辅助激光熔钎焊优化的工艺参数窗口,可以为实际焊接过程提供一定的工艺参考。 4. 本项目取得的科技成果列举如下： 1). Chunling Li, Ding Fan, Bin Wang. Characteristics of TIG arc-assisted laser welding-brazing joint of aluminum to galvanized steel with preset filler powder[J]. Rare Metels, 2015, 34（9）: 650-656. （SCI收录） 2).李春玲,樊丁,于晓全,余淑荣. 铝/镀锌钢电弧辅助激光涂粉填丝熔钎焊方法[J]. 中国激光,2016,43（7）: 0702007. （EI收录） 3).李春玲,樊丁,王斌,余淑荣. 5A06铝合金/镀锌钢预置涂粉对接激光熔钎焊组织与性能[J]. 吉林大学学报（工学版）,2016,46（2）: 516-521. （EI收录） 4). 樊丁,王斌,黄健康,余淑荣,李春玲. 异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法（已授权）,申请号：2014102747230。 5) 王斌. 铝/钢异种金属电弧辅助激光对接熔钎焊工艺试验研究[D]. 兰州理工大学, 2015。