DOC《硕士毕业论文开题文献综述报告》

硕士毕业论文开题文献综述报告 姓名:于思彬 专业: 材料加工 学号:

2009432059 论文题目:超高强度钢的激光焊接研究 目录

1、前言

1

2、激光焊接的工艺特点及其应用

2 2.

1激光焊接特点

2 2.2 激光焊接优势

3 2.3 激光焊接参数的影响

3 2.3.1焊接速度的影响

3 2.3.2 离焦量的影响

4 2.3.3 激光功率的影响

5 2.4 激光焊接应用

6 2.4.1国外概况

6 2.4.2国内概况

7 3 高强钢焊接机理及激光焊接性分析

8 3.1激光与材料的相互作用

8 3.1.1激光与材料作用的一般规律

8 3.1.2作用过程的物理描述

8 3.2 焊接性分析

10 4 激光焊接研究现状

11 5 本论文的主要研究内容

12 6 参考文献

13

1、前言 钢铁材料为人类的进步做出了不可磨灭的贡献,特别是进入工业时代以后, 钢铁材料更是成为了工业的基础.在汽车车身制造领域钢铁材料一直处于统治地 位.但随汽车产量与保有量的不断增加,如1985年全世界汽车总产量达4503万辆, 保有量达4.71亿辆,2005年全世界汽车产量达6772万辆,保有量6.5亿万辆.汽车工业发展,产量增加,保有量的提高产生出了三个问题.其一能耗增大,二是环保和排放污染严重,三是安全交通事故增加.减低油耗可以通过提高发动机效率,增大传动效率等来实现,但实验表明,油耗跟汽车重量成线性关系,汽车自重下降10%,在其他条件不变的情况下,油耗可降6%~8%[1],油耗降低意味着排放的减少,因此通过降低汽车重量来实现节能减排是最具有优势的.汽车轻量化并不是盲目的追求减小车重,其内涵是在保证汽车性能不受影响的前提下,既要有目标的减轻汽车自重,又要保证汽车行驶的安全性和舒适性等,同时使汽车本身的造价不被提高.此外,减小汽车质量能降低动力及动力传动系统的负荷,使汽车可以在较低的牵引力下表现出更好的性能[2]. 降低汽车重量,从车身材料出发,主要可以通过两种途径来实现,一是采用轻质材料,譬如铝合金、工程塑料和复合材料.奥迪公司在1995年首先批量生产的AudiA8型轿车是使用铝质材料制造汽车车身的最具代表性的成功之作,其采用铝合金挤压车架,质量降低了35%,抗扭强度增加了50%[3]. 第二个途径就是使用车用先进高强钢(Advanced High Strength Steel),其抗拉强度在500MPa以上,因此可以通过减小车身板厚来降低车身重量.实验表 明:除疲劳强度外,压溃强度、抗撞吸能、压痕抗力、模量值均正比于板材厚度 和相应的材料性能.倘若材料强度提高,在所需性能不变的前提下,则板材厚度 可以减薄,这样就可以减轻构件的重量.为此,国际钢铁协会(IISI)的钢铁材料供应厂家从1994年到1998年联合世界18个国家的35家钢铁企业共同推进了超轻型钢制车体ULSAB(Ultra-Light Steel Auto Body)、ULSAC(Ultra-Light Steel Auto Closure)、ULSAS(Ultra-Light Steel Auto Suspension)的研究开发项目.该项目中先进高强钢的使用率高达91%[4-5].采用先进高强钢代替传统的低碳钢板,对减轻车身自重、减低油耗、提高汽车构件强度、保证乘客安全意义重大.文献[6]指出,采用高强度钢还能提高白车身的弯曲刚度、扭转刚度及相应的振动频率,从而有利于提高汽车的NVH性能.近几年,先进高强钢已经逐渐成为极具竞争力的汽车轻量化材料,在汽车上的应用比例也在不断地增加.与其他材料相比,先进高强钢在抗碰撞性能、耐蚀性能和成本方面,都具有较大的优势. 目前先进高强钢主要包括双相(DP)钢、相变诱导塑性(TRIP)钢、马氏体(M)钢、复相(CP)钢、热成形(HF)钢和孪晶诱导塑性(TWIP)钢. 超高强度钢是通过热成形工艺加工得到的,因为其能量吸收率高和防撞凹性能好等综合优势,可以用于制造抗冲击和碰撞的汽车构件,如门加强板,侧围B柱等,并迅速发展为汽车制造中应用前景最为看好的轻量化结构材料之一[7-11].但由于超高强度钢特殊的物理化学属性,它具有极高的屈服强度和硬度值,使得在焊接过程中塑性变形很困难,焊接工艺性能比较难控制,传统交流焊接工艺难以实现超高强度钢板的点焊连接,无法解决因为飞溅等因素带来的质量问题.因此,超高强度钢的焊接工艺是汽车生产过程中急需解决的关键技术.激光焊接因为其独特的技术优点可以很好的解决传统工艺焊接过程中出现的问题.国内汽车生产企业对超高强度钢的激光焊接有迫切的需求,随着超高强度钢应用的日益增长,该项技术在汽车行业将有广阔的应用前景.因而对超高强度钢的激光焊接工艺及接头性能的研究具有重要的理论意义和重大的实际价值.

2、激光焊接的工艺特点及其应用 2.1激光焊接特点 激光焊接具有焊接速度快、能量密度高、热输入量小、柔性好、自动化程度高、焊接接头质量优异、焊接接头变形小等一系列优点[12-15],20世纪80年代以来,随大功率激光器的出现,激光焊接技术在汽车、造船、航天航空领域都得到广泛的应用.激光焊接工艺能够向工件传输高于104W/mm2的能量密度,因此,其深宽比较大(最高可达12:1),焊接质量好.此外,激光焊接有许多优势所在,如可以通过透明介质对密闭容器里的材料进行焊接;

可焊接难熔化材料,并能对异种金属进行焊接;

能实行全方位焊接;

激光束聚焦后可获得很小的光斑,能精确定位,实行精密焊接;

对于固体激光器,其激光束的传输能利用光纤进行远距离传输,能进行分光束多工位加工,并且加工柔性好,自动化程度高;

与电子束焊接相比,激光束焊接不需要真空环境,保护气成分、压力可选择,焊接不受电磁影响[16].激光焊接也有不足之处,如其投资成本较高、对装配精度要求较高等.激光焊接按焊接时熔池的形态分为两种形式: (1) 热传导焊 即是将高强度的激光束辐射到金属表面,光能量仅被表层吸收,不产生非线形或小孔效应,通过激光与金属的相互作用,使金属熔化后形成焊接. (2) 深熔焊接 激光焊接是能量通过 小孔 转换机制结构来完成.在足够高的功率密度光束照射下,材料产生蒸发形成小孔.这个充满蒸汽的小孔,几乎能全部吸收入射光束能量.热量从这个高温小孔传递出来,使包围着这个小孔腔四周的金属熔化,孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡,由此而产生连续的焊缝. 2.2 激光焊接优势 1) 由于聚焦激光束比常规方法具有高得多的功率密度,导致焊接速度快,热影响变形都较小,还可焊接钦、石英等难焊材料. 2) 因为光束容易传输和控制,又不需要经常更换焊炬、喷嘴,显著减少停机辅助,所以有荷系数和生产效率都高. 3) 由于纯化作用和高的冷却速度,焊缝强度、韧性和综合性能高. 4) 由于平均热输入低,加工精度高,可减少再加工费用;

另外,激光焊接运转费 较低,从而可降低工件成本. 5) 容易实现自动化,对光束强度与精细定位能进行有效控制[17-22]. 2.3 激光焊接参数的影响 2.3.1焊接速度的影响 激光焊接时激光是通过很小的直径向材料 注入 热量,材料的升温速度很快,材料能在很短的时间内达到很高的温度.工件的穿透深度可以通过激光功率密度来控制.激光焊接时材料的熔化在很短的周期内完成,并以很快的速度凝固,导致焊缝组织与常规熔凝组织区别较大.熔化金属首先在固液相界面结晶,然后向熔化区内部迅速长大.在激光功率和离焦量等条件不变的情况下,焊接速度是影响焊缝熔池形状及焊接质量的重要工艺参数.焊接速度不同,熔池中心及边缘温度梯度、液态合金材料的散热情况、熔深熔宽、熔池形状也就不同.为了了解焊接速度对焊缝成形和焊接质量的影响,选用不同焊接速度进行了实验,保护气体为N2气.焊接时,可以用线能量来描述焊件接受激光辐射能量的情况,线能量是指单位长度焊缝接受的激光能量.焊接速度主要影响焊缝熔深和熔宽.在一定的激光功率下,提高焊接速度,焊接的线能量下降,熔深减小.因而适当降低焊接速度可加大熔深.实验表明,熔深随焊接速度的增加几乎呈线性下降.激光焊接时,要根据材料的热物理性质、焊接接头形式和工件厚度等条件选择焊接速度,应能使材料吸收到足够的激光能量,实现充分的熔化,获得理想的熔深.但若焊接速度过低,熔深不会再增加,反而使焊缝熔宽增大.说明由于线能量增加,熔化区加大,同时小孔区的温度上升,等离子体的浓度增加,对激光的吸收系数增加.速度低至一定值,穿透等离子体到达小孔底部的激光功率密度过小,不足以汽化材料,金属蒸汽压不足以维持小孔,小孔不仅不再加深,甚至使小孔崩溃,焊接过程蜕变为传导型.对于给定的激光功率等条件,存在一维持深熔焊接的最低焊接速度,在此最低焊速下的熔深为给定焊接条件下的最大熔深.因此,焊接速度过低时,会导致材料发生强烈的汽化或焊穿;

焊接速度过高时,焊缝浅,焊接接头性能差,对高强度镀锌钢板激光焊接,则易导致镀锌层大面积蒸发或剥落,过大的焊接速度也将增大气孔和孔洞倾向,影响焊件质量. 2.3.2 离焦量的影响 聚焦镜是较接近工件表面的光学元件.实际上,经透镜聚焦的光束在焦平面 附近有一个直径和长度均很小的束腰,该束腰直径即为光斑直径d0,焦点位于最小束腰位置,强度最大.束腰长度即为焦深b0,焦点两侧焦深范围内的激光强度略有降低(约为焦点强度的5%).光斑直径较难精确计算或测量出,但可以通过聚焦镜的焦距f和发散角θ的乘积来估算,d0=fθ.它的具体数值是根据加工要求来........