铝/钢表面预置粉末激光焊接头的组织与性能

针对铝/钢焊接的技术难点,采用铝表面预置AlSi12Mg1.5粉、铝/钢层间预置Sn粉的方法,对1.2 mm厚6016铝合金和1.4 mm厚DP590双相钢进行铝上钢下搭接、铝/钢表面同时预置粉末的光纤激光焊接试验,分析接头成形、连接界面显微组织及力学性能;利用ANSYS有限元软件,建立铝/钢激光焊接瞬态有限元模型,计算接头温度场分布;利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算预置粉末新形成物相FeSn、Fe3Sn及FeAl3、Fe2Al5等化合物的模量和热力学性能。结果表明:在激光头沿焊接方向偏转10°、激光功率2750 W、焊接速度32 mm/s、离焦量2 mm、Ar保护气体流量20 L/min条件下,铝/钢表面同时预置粉末可实现6016铝合金与DP590双相钢有效连接,无明显气孔、裂纹等缺陷,接头平均线载荷54.16 N/mm,与铝表面预置AlSi12Mg1.5粉、铝/钢层间未预置Sn粉相比,接头性能提高1.6倍;铝表面预置AlSi12Mg1.5粉,焊接元素光谱相对强度和等离子体的电子密度增大,预置AlSi12Mg1.5粉增加上层铝对激光的吸收率,改善焊缝表面成形;当铝/钢层间预置Sn粉时,铝、钢均达到熔化状态,上层铝液和下层钢液的熔合宽度加大,铝/钢横向结合面积增加,焊合率提高;此外,焊缝区晶粒细小,接头界面Fe-Al化合物的层厚度减少,生成高温下结构稳定的FeSn和Fe3Sn等延性新相,因而同时预置粉末获得了较好的铝/钢接头性能。

添加Si粉激光深熔焊钢/铝接头的显微组织与性能

钢/铝结构件在现代交通领域具有广泛应用前景,易生成脆性Fe-Al化合物是钢/铝异种金属焊接亟待解决的难题。采用光纤激光器对1.4mm厚DP590双相钢和1.2 mm厚6016铝合金进行添加Si粉激光深熔焊接实验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射和微机控制电子万能试验机等研究添加Si粉前后焊接试样金相组织、断口形貌、界面元素分布、主要物相与接头力学性能,采用高速摄像机同步拍摄焊接过程中金属蒸汽/等离子体形貌,采用光谱仪采集金属蒸气/等离子体的发射光谱。结果表明,激光功率2 000W,焊接速度50mm/s,离焦量+2mm,Ar气为保护气体且流量为15L/min条件下,添加Si粉焊接试样焊缝表面成形性良好,没有气孔、裂纹等缺陷,焊接接头平均线载荷108 N/mm,与没有添加Si粉相比,线载荷提高8%。由于添加Si粉增大焊接试件对激光能量吸收,增加焊接熔深,熔宽两侧Al含量变化不大,焊缝区晶粒未粗化,钢、铝熔池流动性得到改善,钢/铝界面层厚度降低,Si与Fe、Al发生冶金反应形成延性Al0.5Fe3Si0.5新相,抑制或减少脆性Fe-Al化合物生成,因此添加Si粉能改善焊接接头力学性能。