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DC51D+ZF镀锌钢板和6016铝合金板的激光焊接
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-01-30
选用Zr作为添加粉末，采用光纤激光器对1.4 mm厚的DC51D+ZF镀锌钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验。
对于钢/铝两种金属的焊接，由于两者之间的固溶度很低，物理、化学性能差异较大，极易反应生成 Fe-Al 脆性金属间化合物，故严重影响焊接接头的力学性能。但是对于汽车车身多材料结构而言，钢/铝、铸铁/铝等两种不同类型的材料进行连接焊接却是不能避免的。采用摩擦焊、超声波焊、扩散焊和冷压焊等压焊方法对钢/铝进行焊接，可获得良好焊接接头，但这些方法共同的缺点是焊件形状受到限制。与常规熔焊相比，激光焊用激光束作焊接热源，具有能量密度高、热输入量小、热量集中、热源易控制、焊缝深宽比大、热影响区窄、焊接变形小以及高效高自动化等诸多优点。但是，实验表明，解决焊接区Fe-Al 金属间化合物的脆性是钢/铝激光焊的一大难点。
最近，湖南大学在激光焊接中添加Zr粉末，通过改变钢/铝界面元素分布、物相组成及微观组织形态，获得了优质钢/铝焊接接头，为钢/铝激光焊接技术在汽车行业的应用打开了一个新的发展方向。
他们选用Zr作为添加粉末，采用光纤激光器对 1.4 mm 厚的DC51D+ZF 镀锌钢和 1.2 mm 厚的 6016 铝合金平板试件进行激光搭接焊试验。镀锌钢与 6016 铝合金激光搭接焊，激光功率为 1800 W、焊接速度为 50 mm/s、离焦量为+2.0mm、保护气体为Ar，流量为 20 L/min。
检测表明，未添加Zr粉的试样，钢/铝界面层存在许多针状物质，部分针状物质在界面层上断裂，游离而自由形核，形成新的枝针状物质，其主要组成为 Fe、Al 元素以 1:1 或 1:3比例形成的Fe-Al 脆性金属间化合物。相同焊接工艺条件下添加Zr粉末的试样中，焊缝熔池形貌良好，余高适宜，无明显气孔、裂纹等缺陷，对比未添加粉末的试样，组织晶粒细小、均匀，钢/铝界面层无 Fe、Al 元素组成的 Fe-Al 脆性金属间化合物的针状物质。相对于未添加粉末的焊缝区域，添加 Zr 后，焊缝热影响区域小。X光衍射分析表明，添加 Zr粉末的试样，未形成 Fe-Al 脆性金属间化合物，却形成了新的物相 ZrFe3.3Al1.3。可见，由于ZrFe3.3Al1.3韧性相抑制 Fe-Al 脆性金属间化合物生成，因此，添加 Zr 能明显提高钢/铝焊接接头的力学性能。
焊接试样的剪切强度测试表明，未添加粉末的试样，平均剪切强度为34.53 MPa；添加 Zr粉末的试样，平均剪切强度为 43.88 MPa，焊接接头的平均剪切强度提高明显。未添加粉末的试样，微观形貌表现为河流状花样，钢/铝试样呈现典型脆性断裂特征。添加Zr 粉末的试样，微观形貌含有微量韧窝，表现为混合性断裂特征。
总之，在钢-铝激光焊接中添加Zr粉末，不仅可以细化晶粒，而且Zr与 Al 和 Fe 会形成韧性相，抑制 Fe-Al 脆性金属间化合物的生成，从而明显改善钢/铝焊接接头的力学性能。
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