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原文传递船用钢/铝异种材料激光摆动焊接工艺研究

论文题名：	船用钢/铝异种材料激光摆动焊接工艺研究
关键词：	船用钢;船用铝;异种材料;激光摆动焊接工艺;显微组织;力学性能
摘要：	随着渔业的发展和产业优化，渔船已经成为海洋捕捞不可缺少的工具之一。解决渔船续航短、油耗高、操纵性差的缺点，是渔船制造业迫切的需求。传统渔船的船身基本采用单一构建的材料制成，重量大，成本高。船的油耗量取决于自身整体重量，所以渔船的轻量化可以保证渔船的使用性能和造价不变，甚至优化的前提下，降低油耗、提高航行速度、减少废气排放、提高渔船的操作性。渔船重量减轻，可以增加渔船的运载量，提高经济效益，利于渔业发展。因此，渔船轻量化对于渔业的发展大有裨益。　　渔船的轻量化推动了镁/铝、钢/铝、钢/钛等异种材料在船舶中的使用，同时也推动了异种材料焊接技术的创新。钢/铝金属作为轻量化中的常用材料，异种焊接无可避免。但是由于钢、铝两种材料在化学和物理性能上差异巨大，导致两种材料的焊接性能较差，在焊接过程中两种材料之间的低混合性导致焊缝的冶金相容性较差容易产生热裂纹、气孔、未熔合等缺陷。因此传统焊接难以获得高质量的钢/铝接头。　　针对钢、铝两种材料的特点，采用激光摆动焊接的方法，对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行搭接焊试验。研究激光摆动焊接和非摆动焊接两种方式对钢/铝接头宏观形貌、微观组织、显微硬度和剪切强度的影响，具体包括：　　（1）激光扫描路径的变化，意味着热输入量和散热情况的改变。从焊缝结果来看，无论是使用相同的焊接参数还是相同的热输入量，摆动焊接焊缝的成型效果都好于非摆动焊接。无论是那种摆动路径，焊缝下塌、熔池飞溅、接头咬边等缺陷均有所改善。　　（2）在钢、铝两种材料焊接的过程中，Fe、Al两种原子的互扩散以及界面反应，在钢/铝界面生成了四种不同的金属间化合物(IMCs)相，即带状FeAl2、舌状Fe2Al5和针状FeAl3、FeAl。无摆动焊接时，钢/铝界面有少量的裂纹，值得一提的是在裂纹周围均检测到了FeAl3。FeAl3是Fe-Al中较为脆的相。考虑到这一点，认为在无摆动焊接的条件下，Al的热膨胀系数与Fe产生了不匹配的结合，所以在FeAl3周围产生裂纹。当摆动焊接时，在钢/铝界面无裂纹，产生的IMCs以FeAl为主，这应该是激光束在焊接的时候搅拌熔池，将Fe、Al两种原子混合均匀所致。　　（3）使用无摆动路径焊接钢/铝接头，其最大的显微硬度值是276HV，但使用摆动路径焊接后，焊缝的显微硬度整体提高，显微硬度的最大值达到365HV。这归功于接头中马氏体的含量。摆动焊接促进了焊缝中晶粒细化，增加了熔化面积，降低了熔池的冷却速率，有利于奥氏体向马氏体的转变。铝/钢焊接接头的剪切强度在不同扫描路径下，呈现不同的变化趋势。这与焊接过程中摆动方式对接头热输入、组织性能以及成形质量息息相关。摆动焊接和非摆动焊接最高的剪切强度分别为137N/mm和73N/mm，两者均为韧性断裂。　　利用激光摆动焊接钢/铝异种接头，阐述了激光摆动焊接和无摆动焊接对钢/铝接头IMCs的形成机制和力学性能的影响，揭示了不同焊接方式对钢/铝熔池凝固过程的影响规律及作用机理，提高了船用钢、铝两种材料的焊接性，体现出了极大的经济技术价值，为渔船建造的焊接技术提供的新的发展思路。
作者：	巴一
专业：	农业工程与信息技术
导师：	师文庆;韩善果
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东海洋大学
学位年度：	2022