收藏本站
《北京工业大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铝/钢异种金属激光填充粉末熔钎焊接技术研究

赵旭东  
【摘要】:本文针对铝/钢异种金属接头的焊接问题,提出了一种宽带激光填充粉末熔钎焊方法。本方法中宽带激光光斑有助于扩大熔池、增加接头尺寸,同步送进的金属粉末不仅改善了焊缝组织成分,还提高了激光束与铝合金母材的能量耦合效率和焊接效率。 主要研究内容为以下三个方面:1.系统研究了焊接工艺参数对接头成形、焊缝组织和接头力学性能的影响,重点分析了接头中金属间化合物组织与接头力学性能的关系。2.通过实验观察了激光束、粉末束和母材相互作用的物理过程,揭示了激光填充粉末熔钎焊焊接熔池形成的机制,揭示了增强激光能量耦合效率的根本原因。3.通过建立焊接过程中熔池温度场的有限元模型,分析了温度场对接头钎接界面宽度和金属间化合物生长的影响,以及合金元素扩散的距离,并提出了预测激光填充粉末熔钎焊接头性能的方法。 采用本文提出的方法实现了无钎剂AA6061/镀锌钢接头熔钎焊连接。采用适当的焊接工艺参数获得了成形饱满,无裂纹、气孔等缺陷的焊缝。接头机械抗力达到152N/mm。焊接试验表明焊接工艺参数对接头成形有很大的影响。离焦量较小时,激光功率和焊接速度的参数范围较宽。接头界面宽度随激光功率和离焦量的增大而增加,随焊接速度增加而减小。离焦量相同时,激光功率和焊接速度对钎接界面宽度的影响相当;激光功率和焊接速度相同时,增大离焦量有助于增加钎接界面的宽度。 熔钎焊接头中钎接界面上的金属间化合物由层状和枝晶状结构组成,层状组织以Fe2Al5相为主,Fe4Al13相仅分布在上层靠近铝合金组织区域。枝晶状组织以Fe-Al和Al-Fe-Si化合物为主,主要组成相为τ1、Fe4Al13和τ5。在焊缝/镀锌钢界面上生长有少量Al5Fe2Zn0.4。显微硬度测试表明金属间化合物组织的硬度明显高于母材硬度,其中层状组织的硬度最高。静载拉伸试验中,接头均断裂在焊缝/镀锌钢界面,呈脆性断裂特征。接头强度与的比值呈正比,层状Fe2Al5相是影响接头性能的主要因素。通过选择高功率高焊速的焊接条件能够获得力学性能较高的熔钎焊接头。 激光束与粉末束相互作用后,约10-15%的激光能量被衰减。粉末束吸收激光能量后温度升高,但粉末束最高温度仅约100℃。粉末颗粒与母材表面发生非弹性碰撞,粉末束反弹角受保护气流态影响。实验发现粉末颗粒在母材表面熔化形成微熔池对提高能量耦合效率具有重要作用,是填充粉末能够提高激光能量偶和效率的根本原因。 采用有限元法模拟了宽带激光填充粉末熔钎焊过程中的温度场。结果表明在钎料/镀锌钢界面会存在一定宽度的温度线。这种温度分布形式有助于增加钎接界面的宽度。金属间化合物层厚度则受热输入量和界面最高温度共同影响。通过温度场模拟计算了熔池凝固的时间,并根据扩散动力学分析结果计算了Fe元素的扩散距离。综合分析结果归纳出预测接头机械抗力的数值表达式,计算结果与实验结果较为吻合。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG456.7

免费申请
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 王宏伟;;锅炉制造和焊接技术发展[J];科技创新与应用;2014年25期
2 徐燕;余驰斌;张元好;;活化热浸铝工艺对高强钢和铝合金焊接性能的影响[J];热加工工艺;2014年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 杨旭东;粉末成分对铝/钢异种金属激光填粉焊接质量的影响[D];长春理工大学;2014年
2 邵家霖;过渡层在铝/钢搅拌摩擦钎焊中的作用[D];兰州理工大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦国梁;雷振;林尚扬;何实;王旭友;王威;;Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源规范参数对平板堆焊焊缝表面成形的影响[J];中国表面工程;2006年03期
2 谭敦强,黎文献,唐谊平;Al-Fe系合金中的相及相转变[J];材料导报;2003年05期
3 张庆茂,刘喜明,钟敏霖,刘文今;送粉式激光熔覆过程激光有效能量的表征方法[J];稀有金属材料与工程;2003年07期
4 雷振;秦国梁;林尚扬;王旭友;王威;;铝/钢异种金属Nd:YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺[J];焊接;2006年06期
5 张洪涛;何鹏;孔庆伟;唐旭东;杨国峰;孙静波;;铝钢异种材料焊接研究现状与发展[J];焊接;2006年12期
6 狄建华,吕春玲,宋新社;Ly12铝合金与A3钢爆炸焊接条件的确定[J];华北工学院学报;2001年01期
7 王威;王旭友;赵子良;冷凯波;卜大川;;激光—MAG电弧复合热源焊接过程的影响因素[J];焊接学报;2006年02期
8 秦国梁;李小宇;王旭友;林尚扬;;Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响[J];焊接学报;2006年09期
9 陈铠;肖荣诗;张盛海;左铁钏;;高强铝合金激光粉末焊接过程[J];焊接学报;2006年10期
10 王威;王旭友;秦国梁;雷震;;铝合金激光—小功率脉冲MIG电弧复合热源焊接特性分析[J];焊接学报;2007年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王旭葆;金属粉末激光微成型系统研究[D];北京工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 武强;激光粉末快速微成形送粉系统的研究[D];北京工业大学;2003年
2 杨武雄;高强铝合金的激光填粉焊接[D];北京工业大学;2004年
3 李明星;镀锌板的激光填充粉末焊接[D];北京工业大学;2006年
4 刘珍峰;送粉式激光熔覆温度场的三维有限元模拟[D];华中科技大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王晶;;L波段有源微波组件低温真空钎焊工艺研究[J];安徽科技;2011年10期
2 王少刚;刘红霞;;SiC_p/101Al复合材料的氩气保护炉中钎焊[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
3 冯杰才;陈东高;谭兵;王冬生;齐果;高明;;AZ31激光-MIG复合热源焊接参数对焊缝形貌的影响[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
4 马志华;陈东高;谭兵;王法科;任宝辉;李娜;;5052铝合金CO_2激光-MIG复合焊接工艺对焊缝成形的影响[J];兵器材料科学与工程;2012年02期
5 李成涛;沈卓身;;光电光窗的封接技术[J];半导体技术;2008年02期
6 汪辉松,肖荣诗,左铁钏;外加横向电流作用下的铝合金CO_2激光焊接研究[J];北京工业大学学报;2003年03期
7 陈铠;胡治华;黄瑞;李明星;肖荣诗;;纹影法激光焊保护气流态[J];北京工业大学学报;2007年12期
8 胡宇宁,王思爱,姚伟,沈卓身;陶瓷外壳钎焊的工艺优化[J];北京科技大学学报;2005年04期
9 刘喜明,连建设;送粉式激光熔覆热和熔覆材料有效利用率影响因素的研究[J];中国表面工程;2000年03期
10 郝南海,陆伟,左铁钏;激光熔覆过程热力耦合有限元温度场分析[J];中国表面工程;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 时兵;;先进封装形式μBGA、CSP的回流焊接技术[A];第二届全国青年印制电路学术年会论文汇编[C];2002年
2 李大乐;史建卫;钱乙余;李忠锁;;无铅化电子组装中的氮气保护[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
3 桑培歌;李传文;;软钎焊在半导体光电器件封装中的应用[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
4 梁宁;田艳红;宫继承;;铝合金微波组件真空钎焊技术的应用研究[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
5 冯丽芳;闫焉服;郭晓晓;赵培峰;宋克兴;;BiSbCuSn高温无铅软钎料物理性能及润湿性能研究[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年
6 史建卫;许愿;柴勇;;电子组装材料润湿性评价方法-润湿平衡测试法[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年
7 刘德林;李春光;陶春虎;姜涛;;支座开裂失效分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
8 苏玉虎;秦国梁;王术军;;铝合金/镀锌钢板P-MIG熔钎焊接头组织与性能[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
9 曹睿;余刚;陈剑虹;;铝合金和钢异种金属CMT焊接性分析[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
10 刘凤德;张宏;王宇琪;;热源间距对激光-电弧复合焊焊缝成形和组织的影响[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王志坚;装备零件激光再制造成形零件几何特征及成形精度控制研究[D];华南理工大学;2011年
2 崔泽琴;AZ31B镁合金脉冲激光加工行为的研究[D];太原理工大学;2011年
3 卢广林;立方氮化硼仿生耐磨复合材料的制备及其研究[D];吉林大学;2011年
4 严军;光纤激光—电弧复合焊接高强铝合金工艺、缺陷产生与质量控制[D];华中科技大学;2011年
5 薛诚;旁路耦合电弧GMAW工艺及机理研究[D];兰州理工大学;2011年
6 吴铭方;铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D];江苏大学;2011年
7 苏旭彬;基于选区激光熔化的功能件数字化设计与直接制造研究[D];华南理工大学;2011年
8 燕松山;高温发汗润滑层制备及其功能控制机理研究[D];武汉理工大学;2011年
9 高莹;基于多信息融合的激光与脉冲MIG电弧作用机理研究[D];天津大学;2010年
10 杨璟;铝合金激光深熔焊接过程行为与缺陷控制研究[D];北京工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董翠粉;快速凝固Al-Fe-Y/La合金组织和性能的研究[D];河南理工大学;2010年
2 梁峰;瞬时液相扩散连接及其热应力有限元模拟研究[D];河南理工大学;2010年
3 张乐朋;前驱体碳化等离子熔覆高铬铁基耐磨涂层组织与性能研究[D];山东科技大学;2010年
4 李倩;钛合金激光熔覆工艺与形状修复试验研究[D];大连理工大学;2010年
5 梁晓康;激光快速成形316L/Inconel718功能梯度材料的研究[D];大连理工大学;2010年
6 龙颖;Al_2O_3陶瓷及其表面金属化的低温烧成技术研究[D];长沙理工大学;2009年
7 刘西洋;Nd:YAG激光+CMT复合热源不锈钢焊接工艺研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 王锦林;Ti6Al4V钛合金非平衡显微组织的研究[D];武汉科技大学;2010年
9 刘喜欢;铝铁合金板材热处理组织及性能的研究[D];沈阳工业大学;2011年
10 张佳;半固态/热挤压Al-Fe合金热处理强化机理的研究[D];沈阳工业大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨军军,聂祚仁,付静波,左铁镛;稀土在铝合金中的作用及研究进展[J];北京工业大学学报;2002年04期
2 黄本生;黄龙鹏;李慧;;异种金属焊接研究现状及发展趋势[J];材料导报;2011年23期
3 何鹏,冯吉才,钱乙余,黄振凤,麦汉辉;接触反应法解决铝/不锈钢钎焊的缺陷及脆性[J];材料科学与工艺;2005年01期
4 Woong-Seong Chang;S.R.Rajesh;Chang-Keun Chun;Heung-Ju Kim;;Microstructure and Mechanical Properties of Hybrid Laser-Friction Stir Welding between AA6061-T6 Al Alloy and AZ31 Mg Alloy[J];Journal of Materials Science & Technology;2011年03期
5 李标峰,李敬勇;铝-钢过渡接头在实船建造中的应用[J];材料开发与应用;1994年06期
6 张建民,仲增墉,张瑞林,余瑞璜;Fe-Al系金属间化合物本征脆性的电子理论[J];材料研究学报;1996年03期
7 柯黎明,邢丽,孙德超;异种材料的搅拌摩擦焊技术[J];电焊机;2004年S1期
8 沈璐;陈影;葛继平;沈长斌;;异种金属材料搅拌摩擦焊的研究现状及展望[J];电焊机;2010年06期
9 陈杰;张海伟;刘德佳;王小明;;我国搅拌摩擦焊技术的研究现状与热点分析[J];电焊机;2011年10期
10 李建智;张新华;;铝-钢爆炸焊接试验与分析[J];工程爆破;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴铭方;铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D];江苏大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梅汉华,肖荣诗,左铁钏;采用填充焊丝激光焊接工艺的研究[J];北京工业大学学报;1996年03期
2 郝南海,陆伟,左铁钏;激光熔覆过程热力耦合有限元温度场分析[J];中国表面工程;2004年06期
3 郝南海,陆伟,左铁钏;激光熔覆过程热力耦合有限元应力场分析[J];中国表面工程;2005年01期
4 李荣锋,张锦云,解德;铝──钢爆炸复合板的研究[J];材料保护;1999年06期
5 崔建忠;液—固相轧制复合法生产铝不锈钢复合带[J];材料导报;2001年02期
6 陈翌庆,苏勇,黄新民,丁厚福,郑玉春;快速凝固Al-Fe基合金的组织演化和相选择[J];材料工程;1999年08期
7 王建民;朱锡;刘润泉;;铝/钢爆炸复合界面的显微分析[J];材料工程;2006年11期
8 何鹏,冯吉才,钱乙余,黄振凤,麦汉辉;接触反应法解决铝/不锈钢钎焊的缺陷及脆性[J];材料科学与工艺;2005年01期
9 曾大文,谢长生;激光熔覆温度场和流场数值模拟研究现状和发展趋势[J];材料科学与工程;1997年04期
10 张永忠,石力开,章萍芝,徐骏;基于金属粉末的激光快速成型技术新进展[J];稀有金属材料与工程;2000年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘振侠;激光熔凝和激光熔覆的数学模型及数值分析[D];西北工业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 杨武雄;高强铝合金的激光填粉焊接[D];北京工业大学;2004年
2 余菊美;铁基合金激光熔覆层质量与性能改善的研究[D];郑州大学;2004年
3 张盛海;高强铝合金T型接头的激光焊接[D];北京工业大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄庆举;王洪华;;激光与金属作用的应用研究与进展[J];科学技术与工程;2007年06期
2 王绍水;刘建华;陆晓同;;利用激光剥导线绝缘皮的试验研究[J];航空精密制造技术;1986年03期
3 史珺;;金属中激光超声的产生及应用[J];科技通报;1991年05期
4 赵永勋;高永慧;;用钢板尺测量激光的波长[J];承德石油高等专科学校学报;2006年01期
5 赵善楷;固体激光质谱分析及其展望[J];分析测试学报;1991年03期
6 孟庆芬;董亚萍;李武;;硼酸水溶液介稳区性质的研究[J];无机盐工业;2007年01期
7 吕洪久;;激光加工的现状[J];化工新型材料;1988年09期
8 朱智华;;基体辅助激光解吸质谱法测定花生蛋白分子量[J];中山大学研究生学刊(自然科学版);1996年02期
9 王阳恩;李军;;钢板激光光声信号低频特性分析[J];科技信息;2009年25期
10 范菲菲;魏红艳;沈丽娜;王先明;;激光激励金属下探测光电子性能实验设计与分析[J];新疆师范大学学报(自然科学版);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李书华;龚华平;陈继宣;;激光波长测量的实验设计[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
2 吕宏飞;田爱玲;韩峰;王红军;刘丙才;;激光在大气中的传输特性研究及仿真[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
3 范耀辉;王鸣凯;李永贵;;BFEL装置波长自动稳定方法的研究[A];第六届全国激光科学技术青年学术交流会论文集[C];2001年
4 袁海林;;激光中功率标准装置的研究[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
5 谢沦;梁振斌;郑顺旋;马莹莹;;利用串级受激喇曼效应转换激光波长[A];第二届全国光散射学术会议论文集(下)[C];1983年
6 高思田;邵宏伟;胡小唐;;激光干涉显微镜的研究与实现[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
7 梁建中;胡谊梅;孙迭箎;尹红兵;伍叔坚;刘有信;;光纤激光器中激光波长相对于光纤光栅反射中心的偏移[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
8 马莹莹;梁振斌;谢沧;郑顺旋;;用串级受激喇曼散射转换激光波长[A];第一届全国光散射会议会议指南[C];1981年
9 杨华;唐永新;吴念乐;郭继华;李师群;;一种新的调Q方法—表面等离子体波调Q[A];第四届全国光学前沿问题研讨会论文摘要集[C];1999年
10 张鹏;王雨生;胡丹;王海燕;;吲哚青绿介导的光栓疗法治疗特发性脉络膜新生血管[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 组稿 王毅俊;激光 让生活更美好[N];上海科技报;2010年
2 本报记者 赵亚辉;突破激光波长之“墙”[N];人民日报;2011年
3 主讲人 光学专家 激光三高治疗仪发明人 北京正安激光研究院院长 吴小光 博士;激光:徜徉于医学领域[N];人民政协报;2011年
4 乾坤;光存储技术的新进展[N];中国电脑教育报;2002年
5 胡陈;EVD是唯一产业化的高清碟机[N];中国电子报;2005年
6 ;DVD光头的几种结构[N];电脑报;2003年
7 钱坤;100GB容量光盘不是梦[N];中国电脑教育报;2002年
8 深圳 阳洋;也谈DVD-ROM激光头[N];电脑报;2003年
9 Alfred Poor;安装两个光盘驱动器是否有好处[N];大众科技报;2000年
10 清华大学光盘国家工程研究中心 潘龙法;可记录光盘的技术与市场[N];计算机世界;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王萌;金属络合物激光三维物化改性技术研究[D];天津大学;2011年
2 樊玉杰;激光微喷丸强化的压力模型及冲击效应研究[D];江苏大学;2011年
3 闫胤洲;激光无裂纹切割陶瓷研究[D];北京工业大学;2013年
4 齐丽君;输电线路激光除冰的理论与实验研究[D];华中科技大学;2012年
5 董克攻;激光尾波场加速电子的实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 张合勇;激光相干检测在动目标频谱识别中的应用[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
7 薛冬新;激光扭矩测量中散斑统计学理论及试验研究[D];大连理工大学;2011年
8 雷文奇;有机样品中激光诱导等离子体时空分辨特性以及无机元素的定量分析[D];华东师范大学;2013年
9 董晓曦;双波长激光痛觉刺激的方法和技术研究[D];北京协和医学院;2014年
10 梁晶;用于绝对距离测量的He-Ne激光多波长干涉仪的研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李诚;激光微烧结工件表面的激光微抛光研究[D];华中科技大学;2012年
2 袁良;激光微能量检定/校准技术研究[D];西安工业大学;2012年
3 许学君;激光并行测距关键技术研究[D];大连海事大学;2011年
4 江振标;常压下和真空下激光分离液态混合物的初步研究[D];华中科技大学;2009年
5 马朋;激光分离液体混合物及植物细胞激光破壁的探索[D];华中科技大学;2011年
6 郑伟;激光与低压介质射流复合加工的试验研究[D];安徽建筑工业学院;2012年
7 张玉璞;激光毁伤锗材料的机理研究[D];长春理工大学;2010年
8 袁毅;激光毁伤多参数测试技术研究[D];长春理工大学;2010年
9 陈伟军;推帚式激光三维成像雷达关键技术研究[D];电子科技大学;2010年
10 乔士琪;可控激光恒定功率传输研究[D];长春理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026