采用光纤激光对钢/铝异种金属进行激光搭接焊,研究稀土添加层对接头界面过渡区微观组织、元素分布、析出相以及力学性能的影响。结果表明：在激光功率2.0 kW,焊接速度3 m/min,离焦量+2 mm工艺参数下,可以获得宏/微观成形良好的焊接接头。研究还发现,添加层中稀土Y可以有效调控钢/铝界面的冶金反应,促使界面形成Fe23Y6、Al3Y等多种韧性金属化合物。界面层韧性相的析出,一定程度上抑制了钢/铝界面脆性相的生成,有效地改善了接头的力学性能。

目前,汽车用镀锌钢板的搭接多采用电阻点焊技术,新型激光点焊技术——激光螺旋点焊以其高效率、高柔性的特点有望逐渐替代电阻点焊。研究了搭接间隙对激光螺旋点焊焊点成形与力学性能的影响,分析了不同间隙下高压锌蒸气的逃逸过程和缺陷的成因。研究结果表明:对于单层1.8 mm厚、6.7 mm焊点直径的ST12镀锌钢板搭接接头,激光螺旋点焊的间隙适应性较好,在0.2~0.4 mm的板间间隙内都可以获得成形良好、力学性能较好的焊点;当间隙大于0.1 mm时,可以有效避免锌蒸气逃逸造成的焊接缺陷;在间隙约为0.2 mm时,锌蒸气能够顺利逃逸,从而获得最佳的表面成形和力学性能。

为了解决镀锌钢板在激光焊接过程中由锌蒸气引发的焊接缺陷问题, 在小孔上方施加平吹辅助气流, 以维持小孔持续稳定张开并形成稳定的锌蒸气逸出通道; 研究了平吹气流量对镀锌钢板零间隙激光搭接焊缝成形质量及力学性能的影响, 通过焊接过程的实时监测和数值模拟分析了平吹气流对锌蒸气有效逸出的作用机理。结果表明, 对厚度为1 mm的DP590镀锌钢板进行零间隙激光搭接焊时, 平吹辅助气流能有效促进锌蒸气的逸出, 从而获得表面质量和力学性能较好的搭接接头。

为研究力学性能、耐蚀性和抗冲击性能都较好的车身用镀锌钢激光拼焊焊缝质量, 采用Nd: YAG脉冲激光器及数控加工系统对其进行激光拼焊试验。基于正交方案及极差分析法, 系统研究了各工艺参数对激光焊接接头质量影响的主次关系, 理论分析计算了试验条件下的因素水平最优组合及其估计值, 并从焊缝成形质量、接头力学性能和微观组织等方面针对优化前后试样的焊接质量进行了对比分析。结果表明, 工艺参数因素对试样抗拉强度的影响大小依次为焊接速度＞电流占空比＞气流量＞离焦量＞脉冲宽度; 经正交极差优化后的最佳参数组合为电流占空比Q＝39%, 脉冲宽度p=61 ms, 焊接速度v＝2.50 mm/s, 气流量q＝19 L/min、离焦量Δf＝－0.7 mm; 优化后的试样的焊缝表面成形质量更好、接头强度和硬度均有提高, 焊缝与热影响区的晶粒与组织也更细小致密。

采用Roin 4 kW光纤激光器对镀锌钢和高强钢进行激光叠焊, 通过电子显微镜、光学显微镜和维氏硬度仪等, 研究不同板间间隙对焊接接头表面、截面形貌、宏观和微观缺陷、显微组织、显微硬度的影响。结果表明, 当间隙为0.1～0.2 mm时, 焊缝成形良好, 叠焊结合面宽度稳定, 焊缝质量缺陷少, 剪切强度较镀锌板母材大, 且焊缝具有优良的综合性能。镀锌钢和高强钢侧焊缝、热影响区均未出现气孔、裂纹等缺陷。镀锌钢侧焊缝组织以马氏体为主, 高强钢侧焊缝组织为板条马氏体、针状铁素体和晶界铁素体。由于镀锌钢和高强钢侧热影响区及焊缝区产生了淬火马氏体, 其显微硬度均比母材高。

采用三种不同的激光焊接顺序对镀锌钢板进行焊接, 使用ANSYS软件对激光焊接温度场和残余应力场进行有限元分析, 运用盲孔法测量焊后焊件的残余应力的分布情况, 其结果和模拟结果相吻合。结果表明, 不同的焊接顺序主要影响纵向焊接残余应力分布, 对横向残余应力影响可忽略不计。焊缝区纵向残余应力在热输入段中点达到最大值, 随着垂直于焊缝距离的增加焊接纵向残余应力逐渐减小, 并最终趋于稳定 。除了单焊道之外, 受二次加热的影响, 纵向焊接残余应力减小, 最大减少量达15%, 横向焊接残余应力变化很小, 但存在正负波动现象, 这主要是由焊接过程中温度分布不均匀和焊缝及近焊缝区的横向收缩引起的。

研究了激光功率、焊接速度、离焦量这三个主要工艺参数对激光叠焊熔池深度和宽度的影响,通过正交试验,确定了基本工艺参数对焊缝质量影响的基本规律,得到了较宽的焊接工艺参数操作窗口,并确定了激光叠焊镀锌板的最佳工艺参数。

镀锌拼焊板的应用，不仅可以提升汽车的防腐性能，而且可以在保持同等强度的条件下，减轻车体重量。激光焊接与其他焊接工艺相比，有焊缝窄、强度高、热影响区小等优点。但是，拼焊间隙会造成焊缝表面凹陷，焊缝强度不够。通过光纤激光拼焊，在获得较好的侧吹保护气体参数后，以正交实验的方式研究激光功率与焊接速度对焊缝成形的影响。通过宏观金相实验、拉伸实验与杯突实验等检测手段，对焊缝的形貌、力学性能与冲压成形性能进行检测。确定激光功率为3 kW，焊接速度为4 m/min 是最佳工艺参数。在最佳工艺参数基础上，研究拼焊间隙大小对焊缝成形的影响。结果表明，当间隙不超过0.15 mm(约为板厚的11.1%)时，可以获得良好的焊缝。

针对短距离激光叠焊镀锌钢板易产生气孔、裂纹、凹坑等缺陷,采用上海团结普瑞玛激光设备有限公司提供的振镜扫描式激光焊接机,在叠焊开始阶段增加一段功率缓升曲线,在叠焊末端增加一段功率缓降曲线,通过设置起始功率、结束功率、作用距离等参数,对短距离镀锌钢板激光叠焊进行工艺试验。研究发现,起始阶段的功率爬升曲线有助于改善叠焊起始阶段焊缝余高过高及裂纹问题,末端的功率缓降曲线有助于改善叠焊凹坑过深及焊接裂纹问题。

采用Nd∶YAG激光器对5052铝合金/ST07Z镀锌钢进行了异种金属激光填粉熔-钎焊试验, 研究了焊接速度和送粉量对化合物层厚度和接头强度的影响规律。利用金相显微镜对接头钎接区金属化合物层厚度进行了测试, 并通过扫描电镜对拉伸断裂试样断口进行观察分析。结果表明:合适的焊接速度和送粉量能够获得成形良好的焊接接头, 并能够使金属间化合物厚度控制在一定范围之内。所获得的铝/钢异种金属其接头抗拉强度均高于118 MPa, 最大抗拉强度为178 MPa,接近铝合金母材的73%。其破坏形式为铝/钢在钎焊界面的剥离以及富锌区的断裂。