表面织构对异种材料焊接接头性能的影响研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sjzshiyijshan
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新材料、新能源的开发和应用,给现代工业的发展注入了蓬勃的动力。在工业生产过程中,单一材料已经难以实现当前产品的技术要求,异种材料连接的研究势在必行。金属材料与塑料焊接不仅可以满足轻量化得要求,还可以充分发挥两种材料的优势。论文针对目前金属与塑料难以实现高强度焊接的问题,采用表面织构预处理和激光照射焊的方法,实现了铝合金与塑料高强度的连接。本文采用8k W的碟片激光器以2mm厚PET和1.5mm厚的1060铝合金作为研究对象,研究铝合金板表面织构形貌和排布间距对铝合金-PET激光焊接接头性能的影响。首先,利用无表面织构的铝合金板和PET板进行了铝合金-PET激光照射焊接工艺的初步优化试验,初步确定了激光离焦量、预紧力和激光功率范围,实现了铝合金-PET焊接接头的有效连接;其次,利用激光打标机对铝合金板做表面织构预处理研究,探究了标刻参数对铝合金表面织构成形形貌的影响规律,结果表明织构形貌是由离焦量和标刻次数共同影响的结果;再次,考虑铝合金板表面织构对铝合金-PET界面传热效率的影响,对有织构铝合金-PET激光照射焊接工艺进行了二次优化,确定了最终的激光功率;最后,采用完全正交和单因素优化试验方案,分别研究了铝合金板表面织构预处理工艺参数和织构的排布间距对铝合金-PET激光照射焊接接头质量的影响规律,获得了铝合金-PET激光焊接的理想工艺参数范围:表面织构深度97~115μm、深宽比2~3、排布间距不超过0.4mm、脉冲激光平均功率1600W、脉冲频率25Hz、激光脉宽20ms、离焦量60mm、预紧力35N·m,该条件下所获得的铝合金-PET激光焊接接头结合强度最高,拉剪破坏在PET母材一侧发生。根据对铝合金-PET激光照射焊接过程温度场模拟仿真、截面微观形貌SEMEDS能谱分析,表面织构对焊接接头性能的影响主要体现在三个方面:1、表面织构的存在影响了焊接过程中铝合金-PET界面的热传导效率,改变了焊接过程温度场的分布;2、表面织构预处理形成的凹槽与飞边和PET相互嵌合形成机械锚固作用,使连接接头中的机械作用力得到加强;3、表面织构会阻碍焊接过程中PET内部气泡体积的增大,同时增加了铝合金与PET的实际连接面积,使化学键成键数目增多,大大提高了焊接接头的连接强度。
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