激光钎焊条件下CuSi3钎料与镀锌钢板界面传质行为的研究-材料加工工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 激光钎焊条件下 CuSi3 钎料与镀锌钢板界面传质行为的研究 摘 要 随着汽车行业的蓬勃发展，镀锌钢板的激光钎焊的应用也越来越广泛。在进行 镀锌钢板的激光钎焊时，常选用 CuSi3 作为钎料。钎焊过程中，钎料在镀锌钢板表面 的润湿铺展、界面冶金行为、焊缝成型是影响钎焊接头的关键因素。 为了研究这些关键因素在激光钎焊过程中的影响，本文以光纤激光器作为热源， 结合国内外有关镀锌钢板激光钎焊的研究，通过超景深三维数码显微镜、扫描电子显 微镜、X 射线能谱仪、维氏硬度计、 HYPERLINK /s/562/t/231/76/a1/info30369.htm 电子万能材料试验机等设备对激光钎焊条件下 CuSi3 钎料与镀锌钢板界面传质行为进行了系统的研究。主要研究内容包括：（1）激 光参数变化引起的钎料在母材表面铺展润湿变化规律；（2）镀锌层对钎料在母材表 面润湿铺展的影响；（3）钎料润湿铺展过程中界面层的生长规律以及钎缝中化合物 的生长变化行为；（4）送丝速度对镀锌钢板激光钎焊接头微观组织、力学性能、显 微硬度的影响。 研究结果表明：离焦量、激光功率、加热时间是影响钎料在母材表面润湿铺展 的重要因素。时间对钎料的铺展直径的影响表现为随着时间的延长，钎料的铺展半径 也随着增加。离焦量对钎料的铺展的影响呈现抛物线状，先上升后下降的趋势。激光 加热功率对钎料在母材铺展的影响表现为钎料的铺展直径和激光功率成线性关系，随 着激光功率的增加而增加。实验数据的对比表明在三个可变参数中，离焦量的变化对 铺展直径的影响最大。 镀锌层的存在不仅能够提高母材的耐蚀性，还能够提高 CuSi3 钎料在母材表面 的润湿性。在镀锌钢板表面的润湿铺展完成后界面前沿形成三相平衡区，不同于常见 的三相平衡点。 对界面层的生长的研究表明：镀锌钢板的激光钎焊形成的界面是非均一界面， 随着激光的能量分布而发生变化；此外，在激光钎焊过程中，由于激光的搅动、液态 钎料的对流作用下形成了特殊的双层界面。双层界面由靠近钎料的界面层 A 和靠近 I 母材的界面层 B 组成，随着激光加热时间的变化，界面层的厚度、形态也随着发生 变化。钎缝中的 FeSiCu 金属间化合物的来源主要有 3 个：（a）激光的热作用加强了 界面的溶解，增加了进入钎缝中的 Fe，因饱和而析出并与钎料中的 Si 结合形成 FeSi(Cu)化合物；（b）Cu 钎料也通过扩散作用存在于母材中，此时 Cu 钎料中的 Si 便与母材 Fe 发生反应生成 FeSi(Cu)金属间化合物；（c）动态的界面反应促使须状和 波浪状的金属间化合物产生，其中一部分被碎化，形成 FeSi(Cu)相，迁移至钎缝中。 基于此，提出了界面层化合物的碎化模型和钎缝中 FeSi(Cu)相的生长机制。 送丝速度对激光钎焊的接头性能的影响主要体现在不同的送丝速度下钎缝中 的 FeSi(Cu)析出相的分布，数量不同。拉伸实验说明了这些析出相对接头的强化作用， 当析出相足够多时，搭接接头的力学性能得到很大的提高，甚至超过了母材，体现了 析出相的强化钎缝机理。同时，搭接接头的断裂方式是一种组合型断裂方式，起裂点 在搭接钎缝的底部，属于塑性断裂。止裂点在焊缝顶部靠近母材的地方，是脆性断裂。 接头显微硬度测试结果显示激光钎焊条件下的钎焊接头仍具有很好的硬度，其中界面 处达到了母材硬度的 90%。 关键词：激光钎焊，镀锌钢板，界面反应，润湿铺展，送丝速度 II Research of interface mass transfer behavior under the condition of laser brazing of Zinc-coated steel with CuSi3 filler metal ABSTRACT With the development of auto industry, application of laser brazing with Zinc-coated steel are more than before. CuSi3 is selected as filler metal generally during the process of laser brazing. Wetting ability of filler metal, Interface layer metallurgical behavior, forming of weld seam are the key factors which affect the property of joint. In order to study how these key factors affect the process during laser