毕业论文：镀锌钢板与铝板的激光氩弧焊焊接工艺

镀锌钢板与铝板的激光氩弧焊焊接工艺

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摘要：
一种基于镀锌钢板与铝板的焊接新方法发展起来了，其中涉及了固态钢与液态铝之间的反应，该方法采用激光氩弧焊焊接工艺。采用激光工艺测试了铝直接熔化的策略，而采用氩弧焊工艺通过钢加热和钢传热实现了铝诱导熔化。反应过程中生成的接口主要形成了2-40um厚的金属间化合物反应层。由激光和氩弧焊工艺得到的组件线性强度分别高达250 N/mm、190 N/mm。相应的缺陷分别位于铝的熔合区（激光组件）或位于反应层中（氩弧焊组件）。
1、引言
为了迎合反污染的新标准，在未来几年内汽车行业旨在降低燃料消耗。这个目标可以通过减轻车重达到，这就是为什么时下高强度钢和诸如铝合金或镁合金等轻合金使用的几种方法正在研究中。钢铁和轻合金用于制造汽车，这意味着诸如钢铁与铝合金或钢铁与镁合金等不同材料的加入。钢铝熔化焊是一项技术难题，因为两种材料的
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可分为扩散控制和Fe2Al3相接近的轻微凝固铝。最近，学者们也在考虑固态铁与液态铝合金流动动力学对界面反应的影响。
目前工作的主要目的是为了实现镀锌钢板和铝合金间的组合，采用两种工艺、两种配置和以下两种不同的加热策略：通过钢加热和热扩散诱导铝熔化或直接使铝熔化，用或不用（钎焊）焊剂。激光实验研究了有或没有（钎焊）焊剂直接熔融的一套配置，在氩弧焊工艺中，铝在一个重叠的配置中通过钢加热和热扩散诱导而熔化的。通过冶金和机械手段对所有的钢铝组件进行了侧重于界面层的分析。
2、材料
这些研究的材料：目前用于汽车工业的是欧洲标准EN10130所定义的DC04低碳钢、6016-T4铝合金。他们的化学成分、力学性能分别列入了表格1、2中。1.2mm厚的DC04钢板上镀有20um厚含0.2%铝的锌层，采用1mm厚的铝板。
Nocolok的防腐钎焊剂，在装配已得到了普遍用于，它可以消除铝和钢的氧化物。这种铝氟化钾通常用做铝合金焊剂，其熔化温度为565度到572度之间，其恰好在铝熔化之前熔化。然后，它溶解铝氧化物，使固态钢和铝液直接接触，防止铝液的氧化。


3、实验过程
3.1、激光实验
组装前铝板采用800级的砂纸打磨，丙酮酸脱脂，镀锌钢板只需脱脂。
文献17中提到的非镀锌钢板必须使用防腐（钎焊）焊剂，才可以把熔融的铝液润湿到固态钢上。另一方面，不需使用焊剂的钢材[15、16]要求确保镀锌钢板润湿，因为铁、铝及锌间的冶金兼容性好。然而，为了揭示焊剂在组件上的影响，进行了有或没有焊剂的激光实验。在这种情况下，焊剂（焊剂粉末溶解在乙醇中）喷涂在钢铁表面并在组装前弄干，以获得大约10-50微米的平均厚度。
在一套设备（图1A）上对一样板进行了，该样板长为120mm、宽为90mm，用到的激光为釹YAG连续波，其扫描速度介于0.6-1.4米/分，激光功率为3KW。操作时用200毫米的焦镜，成30度照射角度形成2.3*1.8毫米的椭圆点。激光用于散焦条件下，其强度为70-90kw/cm2.
所有的激光测试都是在一个水平位置上进行的，以提高铝在重力的作用在钢板上扩散。激光束定向于上面的铝板，加热表面通过氩气保护防止被氧化，氩气流量为10L/Min,焊接情况归纳与表3.

3.2 氩弧焊实验
200毫米长，60毫米厚的铝板和钢板用丙酮脱脂。装配前焊剂沉积于板材表面。在一台重叠设备（图1B）进行焊接测试，弧焊机调到直流负极档。3.2毫米直径的钨电极打磨成30度斜角使用。电极总位于钢板一侧，这样，通过钢加热热和热扩散使接口的铝熔化。实验中弧长为1.5mm，电流强度介于70A与80A之间，焊接速度控制在0.08-0.14m/min(表格3)。
3.3 冶金与机械性能
在120毫米长的激光组件和200毫米长的氩弧焊组件中，刨开组件观察宏观与微观横截面，然后依次用220、800、1200级别的砂纸抛光，其次是用3um、1um的石墨抛光剂，最后用SIO2抛光剂磨成镜面般的表面。
用凯勒试剂腐蚀铝试样得出其显微结构，用硝酸酒精腐蚀钢铁试样。然后使用光学显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱仪和电子探针研究接头的微观结构。
在横街面上也进行硬度和压痕测试以估计受影响的区域和接头的局部力学性能。
三个拉伸试验的样本是由符合各自试验条件的组件机加工而得。激光组件的试样长120mm，宽20mm，氩弧焊组件试样长为60mm宽为20mm。拉伸试验以1mm/min的恒定速度垂直于连接线（图10和11）方向进行。试验失败后，用扫描电镜观察试样断裂部分并分析裂纹路径，通过图像分析对端口进行评价。


4 实验结果
4.1 bead aspect
4.1.1激光组件
铝的直接激光照射，用于实验的设备及水平的位置允许铝在钢板上熔化、扩散。接头由固态钢与液态铝相互作用而生成的金属间化合物层而形成（反应润湿）。
根据激光速度和装配前是否使用钎焊剂可以得到截然不同的润湿角（图2和图3）。没有焊剂的组件上，激光速度可从0.6m/min增加到1.4m/min，润湿角可从22度增加到 ……（未完，全文共4376字，当前仅显示2210字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：镀锌钢板与铝板的激光氩弧焊焊接工艺》）