基于激光焊接方法的鋁鋼結構輕量化設計

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基于激光焊接方法的鋁鋼結構輕量化設計

減輕汽車質量能夠提高汽車的效率，并對環境友好。除采用輕量化設計方法外，采用新型材料的組合也是減輕汽車質量的一個重要趨勢。目前，常用的新型材料是碳纖維增強塑料（CFRP），但在生產制造中很少大量使用這種材料，因為碳纖維復合材料制成的零件要比傳統零件昂貴。此外，也沒有大量生產碳纖維復合材料的技術。目前，相對于碳纖維復合材料另一種輕量化材料是鋁合金，鋁合金是一種比較容易獲得的材料，且有大量生產鋁合金的技術。在汽車工程中，混合材料組合（如高強度鋼與輕量化鋁合金相結合）可使產品質量顯著減輕，而且在碰撞過程中比單獨采用鋁合金更有優勢。因此，開發了在鋼中加入鋁的技術。目前，一般使用激光束焊接鋁和鋼部件，但該焊接工藝面臨兩種材料具有不同熱膨脹系數和抗腐蝕性性能重大挑戰。本研究將鋁與合金鋼進行焊接的方法是基于激光金屬沉積（LMD），即以粉末的形式沉積材料。

LMD工藝不僅可用于功能層生成系統，而且可用于生成三維結構，也可作為連接技術。目前，采用將粉末狀材料沉積的方法以獲得所需結構連接。粉末材料的同軸注入是一種三維焊接操作。混合粉末能夠改善沉積材料的性能和連接部分的力學性能，這是粉末沉積材料的額外優勢。LMD工藝既不需要預熱，也不需要進行預涂，只是在鋁和鋼部件之間需要有接合層。LMD工藝可以控制焊接的時間-溫度曲線，可將金屬間隙減小到10μm以下，并能獲得具有一定抗拉強度的焊接接頭。

在連接區域，使用銅基合金將鋁與鋼部件進行焊接。在焊接過程中，將粉末形式的沉積材料與鋁板融合，使沉積部分和鋁之間有一個稀釋區。

刊名：Proc.of SPIE（英）

刊期：2015年第9356期

作者：Rüdiger Brockmann et al

編譯：朱會