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钢/铝异种金属点焊研究进展

航空学报 2021年

作者：谢泽豪李建宇陈树海黄继华杨健北京科技大学材料科学与工程学院

钢/铝异种金属的复合结构具有轻量化兼具良好结构性能的优势，在航空、航天和汽车制造领域具有极大的应用前景。点焊是制造这种结构的重要技术手段。但是，钢/铝异种金属在焊接过程中会产生脆性金属间化合物,传统的电阻点焊连接钢/铝异... 详细信息

钢/铝异种金属的复合结构具有轻量化兼具良好结构性能的优势，在航空、航天和汽车制造领域具有极大的应用前景。点焊是制造这种结构的重要技术手段。但是，钢/铝异种金属在焊接过程中会产生脆性金属间化合物,传统的电阻点焊连接钢/铝异种金属面临着巨大的挑战。对钢/铝异种金属的点焊技术的研究进展进行了广泛的调研，着重对电阻点焊技术、电阻铆焊技术、CMT点焊技术、超声波点焊技术和摩擦塞-铆复合点焊技术等技术的研究进展进行了系统比较与分析，并对钢/铝异种金属点焊技术发展趋势进行了展望。

关键词：钢/铝异种金属点焊电阻点焊电阻铆焊 CMT点焊超声波电焊摩擦塞-铆复合点焊

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钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊数值模拟

焊接学报 2015年第10期36卷 21-24,114页

作者：陈树海张茗馨李猛黄继华北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用ANSYS有限元软件,建立了钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊有限元模型,并采用熔池边界准则验证了其准确性,在此基础上计算了工件的应力与变形.结果表明,工件上的纵向峰值拉应力出现在焊缝底部热源后方的钢母材一侧,随着焊接过程的持续进... 详细信息

采用ANSYS有限元软件,建立了钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊有限元模型,并采用熔池边界准则验证了其准确性,在此基础上计算了工件的应力与变形.结果表明,工件上的纵向峰值拉应力出现在焊缝底部热源后方的钢母材一侧,随着焊接过程的持续进行,其数值不断增大,焊接结束瞬间(13 s)达到最大值203 MPa;工件上的应力场呈不对称分布,热源附近区域存在较大应力梯度;工件最大变形量为0.882 mm.

关键词：激光熔钎焊钢/铝异种金属数值模拟峰值应力

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钢/铝异种金属点焊研究进展综述

航空学报 2022年第2期43卷 38-52页

作者：谢泽豪李建宇陈树海黄继华杨健北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

钢/铝异种金属的复合结构具有轻量化兼具良好结构性能的优势,在航空、航天和汽车制造领域具有极大的应用前景。点焊是制造这种结构的重要技术手段。但是,钢/铝异种金属在焊接过程中会产生脆性金属间化合物,传统的电阻点焊连接钢/铝异种... 详细信息

钢/铝异种金属的复合结构具有轻量化兼具良好结构性能的优势,在航空、航天和汽车制造领域具有极大的应用前景。点焊是制造这种结构的重要技术手段。但是,钢/铝异种金属在焊接过程中会产生脆性金属间化合物,传统的电阻点焊连接钢/铝异种金属面临着巨大的挑战。对钢/铝异种金属的点焊技术的研究进展进行了广泛的调研,着重对电阻点焊技术、电阻铆焊技术、CMT点焊技术、超声波点焊技术和摩擦塞-铆复合点焊技术等技术的研究进展进行了系统比较与分析,并对钢/铝异种金属点焊技术发展趋势进行了展望。

关键词：钢/铝异种金属点焊电阻点焊电阻铆焊 CMT点焊超声波点焊摩擦塞-铆复合点焊

Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

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机械工程材料 2020年第3期44卷 1-7,12页

作者：吴永亮顾丽霞罗立峰内蒙古机电职业技术学院机电工程系呼和浩特010070 吉林大学材料科学与工程学院长春130012

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接... 详细信息

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe2Al5和粗大针状相Fe4Al13组成,厚度约18μm,添加Al-Cu合金片后由舌状相(Fe,Cu)2Al5和细小絮状相(Fe,Cu)4Al13组成,厚度约为9μm,焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似;添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59HV;添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%,未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。

关键词：钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接组织性能 Al-Cu合金

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钢/铝异种金属搅拌摩擦焊残余应力场分析

兵器材料科学与工程 2019年第5期42卷 85-89页

作者：卢翔邵良臣韩善灵山东科技大学交通学院

通过建立异种金属对接搅拌摩擦焊摩擦生热的产热模型,运用ABAQUS软件对DP590钢和AA6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接工艺的温度场及残余应力场进行数值模拟计算,研究残余应力分布及变形规律,找出不同搅拌头偏置量和焊接参数条件下的温度场与... 详细信息

通过建立异种金属对接搅拌摩擦焊摩擦生热的产热模型,运用ABAQUS软件对DP590钢和AA6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接工艺的温度场及残余应力场进行数值模拟计算,研究残余应力分布及变形规律,找出不同搅拌头偏置量和焊接参数条件下的温度场与残余应力分布规律及主要影响因素。结果表明:搅拌针偏置主要影响钢板侧的温度分布及残余应力;搅拌头转速是影响焊接接头温度场和残余应力的主要因素;钢铝之间热传导不均匀导致焊接参数对其残余应力的影响与同种金属材料焊接不同。

关键词：钢/铝异种金属搅拌摩擦焊温度场残余应力

不同铆接速度下板材搭接顺序对钢/铝异种金属铆接接头性能的影响

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有色金属材料与工程 2023年第3期44卷 9-17页

作者：温中令雷鸣潘华宝山钢铁股份有限公司中央研究院汽车用钢研究所上海201900 汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室上海201900

采用自冲铆接实现了钢/铝异种金属的有效连接。通过改变铆接速度,对比研究了钢上铝下和铝上钢下两种搭接顺序下的接头的成形性能、断裂力和断裂方式。研究结果显示,随着铆接速度的增大,接头头高和底切量不断减小,互锁值不断增大。钢上... 详细信息

采用自冲铆接实现了钢/铝异种金属的有效连接。通过改变铆接速度,对比研究了钢上铝下和铝上钢下两种搭接顺序下的接头的成形性能、断裂力和断裂方式。研究结果显示,随着铆接速度的增大,接头头高和底切量不断减小,互锁值不断增大。钢上铝下搭接顺序下的接头的成形情况较为稳定,缺陷较少。钢上铝下搭接顺序下的拉剪接头的断裂力明显高于铝上钢下搭接顺序下的拉剪接头的,而铝上钢下搭接顺序下的十字拉伸接头的断裂力明显高于钢上铝下搭接顺序下的十字拉伸接头的。铆钉变形时受力方向的不同导致拉剪接头的断裂力明显高于十字拉伸接头的。铆接速度为250~325 mm/s时,可以实现两种搭接顺序下的接头成形性能和断裂力的良好匹配。

关键词：自冲铆接钢/铝异种金属铆接速度接头成形

钢/铝异种金属双熔池TIG熔钎焊接头的显微组织与力学性能

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中国有色金属学报 2011年第12期21卷 3076-3081页

作者：陈树海马柯黄继华夏军张华赵兴科北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 广州市特种承压设备检测研究院广州510100

采用电弧加热镀锌钢板,通过热传导使铝合金熔化,形成两个互不接触的熔池,实现钢/铝异种金属搭接熔钎焊;利用扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)对连接界面的微观组织进行观察与分析。结果表明:在连接界面形成两种金属间化合物,一种为接近铝合金... 详细信息

采用电弧加热镀锌钢板,通过热传导使铝合金熔化,形成两个互不接触的熔池,实现钢/铝异种金属搭接熔钎焊;利用扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)对连接界面的微观组织进行观察与分析。结果表明:在连接界面形成两种金属间化合物,一种为接近铝合金母材呈针状或絮状的FeAl3,另一种为接近钢呈舌状或条状的Fe2Al5;反应层FeAl3的厚度在连接界面上的分布大致均匀;而反应层Fe2Al5的厚度从焊缝中心向两侧逐渐变薄;随着焊接线能量的升高,接头的承载能力呈先增大而后减小的趋势,最高承载能力可达177.2 N/mm,为铝合金母材强度的84%。

关键词： TIG熔钎焊钢/铝异种金属金属间化合物原子扩散

激光摆动模式对钢/铝异种金属焊接接头组织性能的影响

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激光摆动模式对钢/铝异种金属焊接接头组织性能的影响

作者：严佑锐凌湖南大学

学位级别：硕士

随着环境恶化、能源短缺等问题日益严峻,连接钢/铝异种金属成为车身轻量化研究中的一项重要课题。但是,钢/铝之间存在较大的热物性差异,易发生冶金反应生成脆性Fe-Al金属间化合物（IMC）,因而实现钢/铝有效连接十分困难。摆动激光焊接... 详细信息

随着环境恶化、能源短缺等问题日益严峻,连接钢/铝异种金属成为车身轻量化研究中的一项重要课题。但是,钢/铝之间存在较大的热物性差异,易发生冶金反应生成脆性Fe-Al金属间化合物（IMC）,因而实现钢/铝有效连接十分困难。摆动激光焊接在保持传统激光焊接优势的同时,其热源摆动可以改善熔池温度分布,并对熔池起到搅拌作用,为钢/铝焊接提供了新方法。本文以DP590双相钢和6016铝合金为对象,采用数值模拟与工艺实验相结合的方法,研究了摆动激光焊接条件下激光摆动模式对钢/铝焊接接头组织性能的影响,借助金相显微镜、配备EDS能谱仪的SEM环境扫描电镜、拉伸试验机等,测试焊缝成形性、熔池微观形貌、晶粒尺寸、界面相组成和接头性能,利用COMSOL有限元分析软件,建立钢/铝不摆动与摆动激光焊接的数值模型,对焊接过程工件板材上表面及截面上的温度场和流场进行模拟,研究结果期望为推进摆动激光焊接技术在异种金属连接领域的应用提供实验基础和理论指导。本文首先开展了圆形、垂直、“8”字三种摆动激光轨迹的摆动激光焊接实验,分析不同激光摆动模式下的接头组织性能。发现摆动激光焊接条件下,接头表面焊缝增宽,熔池宽度增大,下层铝侧熔池界面处IMC层厚度降低,熔池内部晶粒细化。摆动频率较低时熔池内部气孔明显,增加摆动频率可以抑制气孔缺陷,但接头的断口位置不存在气孔缺陷,说明气孔不是接头的薄弱位置,改善气孔缺陷后接头力学性能未得到提高。其次,建立不摆动与圆形摆动激光焊接的数值模拟模型,通过比较横截面温度场的熔合线和金相显微镜拍摄的熔池轮廓,验证模型所用热源方程及边界条件的合理性;对比上表面流场模拟结果与高速摄像机拍摄的熔池流动,验证模型所用光束运动轨迹方程的正确性。最后,对焊接过程工件板材上表面及截面温度场和流场进行模拟,发现激光热源摆动促进热量向熔池宽度方向传递,而在熔池深度方向的热量减少,增大熔池宽度、增加钢/铝之间的连接面积,同时抑制Fe-Al冶金反应、减少界面脆性金属间化合物的生成;激光热源摆动使熔池形貌改变、流速增大,加强熔池搅拌作用,起到细化晶粒的效果;摆动激光焊接从改善温度分布和改变熔池流动行为两方面影响钢/铝焊接接头的组织性能,增加熔宽、降低IMC层厚度利于提高钢/铝接头的力学性能,虽然摆动激光焊接摆动频率较低时会形成气孔,但气孔缺陷不是影响钢/铝接头力学性能的主要因素。

关键词：钢/铝异种金属摆动激光焊接力学性能微观组织数值模拟

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钢/铝异种金属光纤激光焊接数值模拟

激光技术 2016年第4期40卷 606-609页

作者：杨洪亮金湘中修腾飞费鑫江叶颖湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况,采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型,对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温... 详细信息

为了研究钢/铝异种金属激光深熔焊接的温度分布情况,采用有限元ANSYS软件建立了钢/铝异种金属激光对接焊的数学模型,对焊接温度场进行了模拟。通过计算模拟得到了不同时刻的温度场分布云图、试件表面节点的热循环曲线以及焊接速率对温度场变化的影响,并与实际焊接试验结果进行了对比。结果表明,焊接温度场呈非对称分布,钢一侧的温度梯度大于铝合金一侧的温度梯度;随着焊接速率的增大,热源中心的最高温度会逐渐降低,焊接熔池的熔宽也会随之逐渐变小。模拟的焊缝形状与实际焊接实验得到的焊缝截面的熔合线基本一致,熔池熔宽的模拟结果与实验结果误差在5%以内,验证了模拟结果的准确性。

关键词：激光技术激光焊接温度场数值模拟钢/铝异种金属