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DC51D+ZF鍍鋅鋼板和6016鋁合金板的激光焊接
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-01-30
選用Zr作為添加粉末，采用光纖激光器對1.4 mm厚的DC51D+ZF鍍鋅鋼和1.2 mm厚的6016鋁合金平板試件進行激光搭接焊試驗。
?????? 對于鋼/鋁兩種金屬的焊接，由于兩者之間的固溶度很低，物理、化學性能差異較大，極易反應生成?Fe-Al?脆性金屬間化合物，故嚴重影響焊接接頭的力學性能。但是對于汽車車身多材料結構而言，鋼/鋁、鑄鐵/鋁等兩種不同類型的材料進行連接焊接卻是不能避免的。采用摩擦焊、超聲波焊、擴散焊和冷壓焊等壓焊方法對鋼/鋁進行焊接，可獲得良好焊接接頭，但這些方法共同的缺點是焊件形狀受到限制。與常規熔焊相比，激光焊用激光束作焊接熱源，具有能量密度高、熱輸入量小、熱量集中、熱源易控制、焊縫深寬比大、熱影響區窄、焊接變形小以及高效高自動化等諸多優點。但是，實驗表明，解決焊接區Fe-Al?金屬間化合物的脆性是鋼/鋁激光焊的一大難點。
最近，湖南大學在激光焊接中添加Zr粉末，通過改變鋼/鋁界面元素分布、物相組成及微觀組織形態，獲得了優質鋼/鋁焊接接頭，為鋼/鋁激光焊接技術在汽車行業的應用打開了一個新的發展方向。
他們選用Zr作為添加粉末，采用光纖激光器對?1.4?mm?厚的DC51D+ZF?鍍鋅鋼和?1.2?mm?厚的?6016?鋁合金平板試件進行激光搭接焊試驗。鍍鋅鋼與?6016?鋁合金激光搭接焊，激光功率為?1800?W、焊接速度為?50?mm/s、離焦量為+2.0mm、保護氣體為Ar，流量為?20?L/min。
檢測表明，未添加Zr粉的試樣，鋼/鋁界面層存在許多針狀物質，部分針狀物質在界面層上斷裂，游離而自由形核，形成新的枝針狀物質，其主要組成為?Fe、Al?元素以?1:1?或?1:3比例形成的Fe-Al?脆性金屬間化合物。相同焊接工藝條件下添加Zr粉末的試樣中，焊縫熔池形貌良好，余高適宜，無明顯氣孔、裂紋等缺陷，對比未添加粉末的試樣，組織晶粒細小、均勻，鋼/鋁界面層無?Fe、Al?元素組成的?Fe-Al?脆性金屬間化合物的針狀物質。相對于未添加粉末的焊縫區域，添加?Zr?后，焊縫熱影響區域小。X光衍射分析表明，添加?Zr粉末的試樣，未形成?Fe-Al?脆性金屬間化合物，卻形成了新的物相?ZrFe3.3Al1.3。可見，由于ZrFe3.3Al1.3韌性相抑制?Fe-Al?脆性金屬間化合物生成，因此，添加?Zr?能明顯提高鋼/鋁焊接接頭的力學性能。
焊接試樣的剪切強度測試表明，未添加粉末的試樣，平均剪切強度為34.53?MPa；添加?Zr粉末的試樣，平均剪切強度為?43.88?MPa，焊接接頭的平均剪切強度提高明顯。未添加粉末的試樣，微觀形貌表現為河流狀花樣，鋼/鋁試樣呈現典型脆性斷裂特征。添加Zr?粉末的試樣，微觀形貌含有微量韌窩，表現為混合性斷裂特征。
總之，在鋼-鋁激光焊接中添加Zr粉末，不僅可以細化晶粒，而且Zr與?Al?和?Fe?會形成韌性相，抑制?Fe-Al?脆性金屬間化合物的生成，從而明顯改善鋼/鋁焊接接頭的力學性能。
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