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。

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。

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。

采用Nd-YAG激光器对铝/镀锌钢进行了异种金属激光填粉熔-钎焊试验研究，通过SEM对焊接接头进行了测试，研究分析了镀锌层对铝/钢异种金属激光填粉焊接的影响。结果表明：Zn能够在Al中充分固溶使得Al原子的相对浓度降低，减缓Al原子向钢侧的扩散，在一定程度上抑制Fe-Al脆性相金属间化合物的生成速率。接头强度较好的试件，断裂行为均是钎接界面区与镀锌钢的结合面上首先出现裂纹，随后扩展到钎接边缘富锌区处发生断裂。

为了实现车用铝/钢异种金属良好连接, 采用光纤激光对车用铝合金与镀锌钢对接接头进行了激光深熔填丝钎焊工艺试验, 并对焊缝接头的成形、界面金属间化合物层, 以及力学性能进行了分析。结果表明, 铝合金一侧是激光深熔焊接接头, 而镀锌钢一侧是钎焊接头; 在镀锌钢与钎焊缝中间界面存在金属间化合物层, 厚度小于10μm; 金属间化合物主要为Al7.2Fe2Si和(Al,Si)13Fe4; 拉伸试样主要断裂于铝合金热影响区处, 平均抗拉强度为145MPa; 接头的断裂方式主要是韧窝断裂。

采用光纤激光对车用6016铝合金与镀锌钢无坡口对接接头进行深熔填丝钎焊, 对接头焊缝的成形、微观结构和显微组织, 以及力学性能进行了分析。扫描电镜(SEM)分析表明, 在镀锌钢与钎焊缝界面存在一层薄金属间化合物, 不同位置中间层的厚度不尽相同, 平均厚度约为4.12 μm; 能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析表明生成的金属间化合物主要为τ5-Al8Fe2Si, θ-Al13Fe4 和ζ-Al2Fe。拉伸试验中试样断裂于铝合金母材的热影响区, 抗拉强度可达162 MPa, 断裂接头发生明显的 “缩颈”现象; 断口分析表明, 接头的断裂主要是韧窝断裂。

利用Nd∶YAG激光器实现了5052铝/镀锌钢异种金属板材之间的熔-钎焊连接, 并对焊缝成形、接头性能及微观形貌做了分析。分析结果表明, 合适的热输入能够有效实现5052铝/镀锌钢异种金属之间的熔-钎焊连接, 焊接接头中铝合金母材发生熔化与镀锌钢形成钎焊连接, 镀锌钢母材并未发生熔化; 焊接接头的抗拉强度为128 N/mm; 微观形貌分析表明, 在焊缝钎接界面处生成了一层薄金属间化合物层, 金属间化合物层的厚度为3～4 μm。

为了研究错边量变化对车用镀锌钢光纤激光对接焊焊接性能的影响, 采用正交试验, 获得无错边状态下的最优焊接参量, 在该最优参量下进行了不同错边量的焊接接头的表面、截面形貌分析, 以及显微硬度、接头力学性能和金相组织测试, 还研究了对接间隙对临界错边量的影响。结果表明, 当错边量小于或等于0.30mm(约板厚的17%)时, 焊缝表面成形良好; 焊缝区和热影响区显微硬度高于母材; 焊缝拉伸强度优于母材, 且拉伸试验均断裂在母材区; 错边量的变化对金相组织无明显影响; 对接间隙的变化对最大允许错边量值有很大影响。