铝钢材料激光焊接组织与性能调控机制研究

铝钢材料的激光焊接因其优异的结合性能和广泛的应用前景,受到越来越多的关注。文章系统研究了铝钢材料激光焊接的基础理论和关键技术,深入分析了焊接参数的选择与优化、焊接接头的微观组织与力学性能、焊接缺陷的预防与控制以及焊接接头的耐腐蚀性能,并提出了针对性的调控机制,旨在为铝钢材料的高效激光焊接提供理论依据和技术支持。

新型铝-钢复合材料制备工艺研究

采用爆炸焊接技术直接实现铝合金与钢材的有效连接,从而生产出新型铝-钢复合材料。爆炸焊接后复合材料外观完整,表面无烧灼、褶皱等缺陷,渗透检测结果显示:铝合金与钢材料结合良好,无分层、裂纹等缺陷。对复合材料进行微观组织和力学性能检测,以评估复合材料的结合质量,试验结果显示:铝合金与钢材料界面呈现波状结合,均匀无分层,但是波峰前端有断续的熔化块,个别熔化块内部有裂纹。力学性能检测结果显示:复合材料的平均剪切强度为74MPa,达到标准要求。弯曲试验结果表明:复合材料界面未出现分层和裂纹,结合质量良好。因此,这种新型铝-钢复合材料可以满足工程使用需求。

铝钢复合材料冷轧变形规律的研究

研究了铝钢复合材料冷轧变形特性,对试验结果进行理论分析和回归分析,得出了一个描述变形特性的方程。研究结果表明,在冷轧过程中,铝钢复合材料的塑性变形、厚度和变形抗力相互影响,对于双金属轧制计算以及双金属冷轧生产过程具有指导意义。

加热温度对铝-钢复合材料组织和性能的影响

研究了铝-钢复合材料经不同温度加热后组织和性能的变化。结果表明,在350℃以下温度加热复合界面基本上无变化,而在400℃以上温度加热复合界面上有FeAl金属间化合物生成,且化合物层的厚度逐渐增大;界面结合强度随加热温度升高呈下降趋势;350℃以上温度加热后,侧弯曲角度均达不到90°即发生界面开裂;高温拉脱强度在350℃时已降至爆炸态的10％以下。因此铝-钢复合材料的加热温度不要超过350℃,以防止界面化合物的生成,保证铝-钢复合材料的良好性能。

分段式钢-铝材料城市客车车身结构开发

针对钢材料城市客车车身质量较大、铝合金车身制造成本高昂的问题,提出了车身骨架中段采用铝合金材料的车身结构形式。设计了5种铝合金型材及连接件,初步确定型材厚度。使用梁单元和弹簧单元建立了悬架模型。基于Opti Struct软件对钢-铝材料城市客车车身弯扭组合工况下的模态特性、静态刚度及强度进行了计算。计算结果表明:与钢材料城市客车骨架相比,钢-铝材料城市客车骨架低阶固有频率无明显变化,固有振型差别较大。在车身结构件静态强度满足材料屈服强度要求的前提下,车身质量为971.2 kg,较钢材料车身质量降低146.8 kg。

用DOE试验设计提高钢铝复合材料的组织及性能研究

采用DOE试验设计来研究退火过程中钢铝复合材料结合层中间化合物(IMC)的形成机理,并用扫描电镜、磁控溅射仪、EDS对IMC进行微观分析和性能检测。试图在Fe/Al复合层中通过磁控溅射加入硅来抑制热处理过程中IMC的生长,从而探索IMC形成的拟合模型,以提高Fe/Al复合材料的使用性能。

应力比对铝钢复合材料界面Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响

以铝钢复合材料的Ⅰ型界面裂纹为研究对象,运用节点位移外推法求解复合材料Ⅰ型界面裂纹的应力强度因子,得到的应力强度因子通过节点位移表示.对应力强度因子进行有限元数值模拟,研究应力比和应力强度因子之间的关系.研究结果表明:在同一应力比条件下,应力强度因子随裂纹尺寸比的增大而增大;在同一裂纹尺寸比条件下,应力强度因子随应力比的增大而增大.

铝-钢爆炸焊接复合材料阻尼性能研究

通过改变铝 钢爆炸焊接复合材料铝板的厚度 ,研究了其对阻尼性能的影响。结果表明 ,随铝板厚度的增加 ,传递函数存在明显的相位差 ,振幅明显降低 ,内耗增加 ,固有频率下降 ;对铝 钢爆炸焊接复合材料的强迫振动测试表明 ,为充分发挥此材料的阻尼性能 ,应在频率高于 170Hz或低于 5

“爆破焊接成型的铝—钢材料”焊接强度的超声波测试

对于爆破焊接成型的铝—钢复合材料 ,其强度测试过去主要依赖于破坏性的“力学性能测试” ,现在采用超声波检测其焊接强度 。

钢铝材料结合的商用车车架多工况轻量化优化设计

为寻求有效的商用车轻量化方案,以某重型商用车车架为研究对象,建立有限元模型并进行自由模态分析和4种典型工况的静态分析,运用多学科优化软件HyperStudy建立车架优化模型,并对4种典型工况下的车架同时进行尺寸和材料的优化。研究结果表明,在保证可靠的强度和模态特性条件下,所设计的钢铝材料结合车架能够有效减小5.6%的质量。

基于正交试验的铝钢材料自冲铆接成形质量的多指标优化

以某汽车上材料厚度分别为1 mm的6016铝合金与1.5 mm的ST13结构钢的自冲铆接作为研究对象,借助正交试验设计方法,利用Deform-2D数值模拟软件,对6016/ST13铝钢异种材料自冲铆接成形质量的多指标进行了工艺参数优化。以模具宽度、模具凸台高度和模具深度作为正交试验的影响因子,以剩余厚度、底切量以及钉头高度作为正交试验的评价指标。利用矩阵分析法对正交试验的结果进行分析,得出6016/ST13铝钢自冲铆接的最优方案为:模具深度为1.5 mm、模具宽度为9 mm以及模具凸台高度为0 mm,剩余厚度、底切量以及钉头高度的模拟值分别为0.487,0.602与0.059 mm。利用自冲铆接设备及安装模具对优化方案进行试验验证,剩余厚度、底切量与钉头高度的有限元模拟值与试验值之间的相对误差分别为12.12%,8.97%与13.56%,从而验证了正交试验及有限元模拟应用于铝钢异种板材自冲铆接成形工艺参数优化的正确性。

热源偏移对钢/铝异种材料等离子弧焊接接头温度场和残余应力的影响

采用有限元模拟方法研究了热源偏离钢铝界面的距离(热源偏移距离)对钢/铝异种材料等离子弧焊接接头温度场和残余应力的影响,并进行了试验验证。结果表明:钢/铝异种材料焊接接头温度场呈非对称分布,钢侧温度梯度小于铝侧的;随着热源偏移距离的增加,接头钢侧温度升高、熔宽增大,铝侧则相反;接头铝侧残余应力主要为拉应力,钢侧近界面处的残余拉应力随着热源偏移距离的增大而减小,最后变为压应力,远离界面处的残余应力主要为压应力;实测残余应力与模拟结果的相对误差小于8%,且残余应力状态与模拟结果相符。

电站空冷用铝/铝/钢三层复合材料腐蚀行为的研究

采用盐雾腐蚀法研究了铝/铝/钢三层复合材料(4343(Al)/4A60(Al)/08(Al(steel))的腐蚀性能,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对该材料的腐蚀形貌及腐蚀产物进行分析,研究了铝钢复合材料在盐雾环境中的腐蚀行为。结果表明:对于铝/铝/钢三层复合材料来说,腐蚀优先发生在4343钎焊层。按腐蚀速率大小排序依次为4343钎焊层>4A60芯层>08Al钢层。按照腐蚀行为可将腐蚀分为4个阶段。在腐蚀49 d后,基体钢层厚度减薄约0.02 mm,说明该铝/铝/钢三层复合材料有着较好的耐蚀性。

钢铝材料在整车DMU技术车辆改装中的研究与应用

我们都知道整车DMU技术最主要的特点就是可以把车主对车辆改装的要求和设计开发紧密联系,创造良好品质。我们对这一技术的开发与运用可以在整车的设计与制造的过程中对其配备以及装备方面进行尽早的检测与分析,这样可以一定程度上避免出错的机会,可以间接的降低一些成本。另外,还可以带我们进去虚拟体验的境界,确实为我们提供很大便利。21世纪以来,我国经济发展状况良好,人民生活水平提高,人们对整车的改装的需求也就越来越大,就这样DMU技术的市场得以打开,逐渐收到欢迎。如果我们继续把钢铝材料应用到这一技术进行研究与开发也会进一步使得DMU技术在特种车辆的改装上前景越来越好。

钢铝搅拌摩擦焊搭接接头的机械结合与冶金结合方式

为了在汽车制造业中实现节能环保的目的，铝合金在车身材料中的应用是实现汽车结构轻量化的重要途径。然而，钢/铝异种材料的连接问题尚未得到解决。考虑采用搅拌摩擦焊方法连接钢/铝异种材料，通过控制搅拌针的压入量，获得两种不同结合方式的接头：一种是搅拌针进入钢材中，形成机械＋冶金结合的接头；另一种是搅拌针不进入钢材中，仅通过热传递的方式将摩擦热量传输到钢/铝冶金界面上形成冶金结合的接头。对形成的异种材料接头进行剪切测试和连接界面观察。研究结果表明，钢板上的镀锌层对钢/铝接头的形成具有重要影响。在机械＋冶金结合的接头中，钢/铝之间的冶金界面层较厚，主要由Al、Zn元素组成；而在冶金结合接头中，界面层的厚度仅为2～3μm，且主要由Fe、Al元素组成，并对影响接头强度的影响因素进行探讨。

铝钢复合界面金属间化合物生长行为

本文研究了铝钢复合材料界面金属间化合物的生长行为和生长规律,及其对复合材料界面结合性能的影响。结果表明:金属间化合物的生长与退火温度和时间有关,当铝钢复合材料在610℃保温30min时,界面开始有金属间化合物生成,厚度为3～5μm,且界面结合性能优越,但当厚度超过9μm时,其结合性能急剧降低;金属间化合物的厚度与退火时间成抛物线关系,且界面金属间化合物的生长激活能为Q=328.723kJ/mol。

界面微合金化对钢/铝复合板性能影响的研究

通过在钢/铝复合材料界面添加Si、Zn、Mn、Ni微量合金元素来增强钢/铝界面的结合强度,提高钢/铝复合材料的应用性能。对合金化界面进行了剥离强度的测试,并用XRD检测了结合界面的微观结构。结果表明Si、Zn界面微合金化处理能显著提高钢/铝复合板界面性能。

硅对钢/铝轧制复合界面化合物抑制效应的研究

对钢铝复合材料高温时的界面化合物进行了系统研究并找到一定的方法抑制界面化合物的生成。要获得高品质的复合带材,就必须在高温时能抑制界面化合物的生成,提高钢铝结合强度和加工性能。通过对复合前的铝材料熔入不同含量的Si元素,经过与低碳钢的冷轧工艺复合,研究硅对于复合界面化合物的抑制作用。对不同Si含量的铝板复合后的样品进行分组比较,使用金相显微镜和扫描电镜进行了组织分析,发现钢/铝复合材料界面产生的化合物属于Fe-Al化合物,以Fe2Al5居多。通过热力学计算分析界面的自由能,发现Fe-Si化合物比Fe-Al化合物在退火过程中更容易生成,并且以大量实验结果表明微量元素Si的加入能显著抑制钢/铝界面Fe-Al化合物的生成,抑制效果随着硅含量的增加而越发明显。

轧制复合钢/铝界面金属间化合物生长动力学研究

研究了冷轧复合特种钢/铝合金复合带材的退火热处理工艺,探讨了退火温度和退火时间对复合界面金属间化合物生长的影响。结果表明,当退火温度达605℃时,金属间化合物开始在界面上生成,随退火温度和退火时间的增加,金属间化合物的厚度增大,且化合物层厚度随时间的变化复合抛物线规律,经线性拟合,得出化合物生长的激活能和化合物生长动力学曲线。

铝/钢CMT熔钎焊接头剥离强度的数值模拟研究

采用CMT(冷金属过渡)熔钎焊方法,对低碳镀锌钢板与AA6061铝合金板进行焊接,并建立接头剥离试样有限元模型,对剥离时板材受力情况及界面层破坏模式进行了数值模拟。结果表明,铝/钢CMT熔钎焊接头剥离强度仅为剪切强度的1/50,模拟结果与试验结果比较吻合,解释了剥离强度远低于剪切强度的原因。