基于轻量先进高强钢-铝合金材料的汽车构件制造基础

The increasing requirement of reduction weight and safety for vehicle induces a promising application for the components advanced-high strength steel/Al alloy dissimilar materials in automobile manufacturing. However, it is a big issue affecting the high quality of joint due to the great difference in physical metallurgy and chemical properties. As a new joining method for dissimilar materials, dual beam laser welding-brazing technology is a best choice for its unique advantage. It is necessary to be elucidated on phase formation and damage mechanism happened in welding-brazing process and service. In this proposal, dual beam laser welding-brazing technology will be employed to join DP980/AA7003, the joint formation process will be systematic investigated and then to build the correction between process parameters and joint quality. Based on the characterization of phases structure to pursue the formation and evaluation of phases in the interface, therefor to reveal the relationship between heat input and microstructure. And also the fatigue test of welding-brazing joint will be carried out to clarify the influence of phase morphology and size on fatigue behavior, and reveal the damage mechanism of joint.

汽车轻量化及对车身安全性的需求，使得先进高强钢与铝合金异质材料的连接构件在汽车制造领域具有广阔的应用前景。然而物理冶金及化学性能的巨大差异使其连接的可靠性成为影响构件安全运行的关键。双光束激光熔钎焊由于其独特的优点成为异质材料连接中最有前途的方法之一，然而由于该方法在国内尚属起步阶段，为深入理解异质材料构件双光束激光熔钎焊过程特征及接头服役的关键基础问题，研究熔钎焊接头的界面行为及其破坏机理十分必要。因此，本课题拟采用双光束激光熔钎焊方法对DP980与AA7003异质材料构件进行连接，系统研究异质金属熔钎焊接头成形特征，建立双光束激光过程参数与熔钎焊接头成形质量的内在联系；基于接头物相结构的系统表征，掌握界面处物相的形成和演化特征，揭示界面层微观组织与过程参数的内在关联机制；同时开展接头疲劳破坏试验研究，阐明微观组织结构对熔钎焊接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响机制，为构件失效分析提供理论基础。

汽车轻量化及对车身安全性的需求，使得先进高强钢与铝合金异质材料的连接构件在 汽车制造领域具有广阔的应用前景。然而物理冶金及化学性能的巨大差异使其连接的可靠 性成为影响构件安全运行的关键。本文开展了DP590高强钢/AA7075铝合金异种金属双光束激光熔钎焊工艺研究，获得焊接工艺对接头成形质量的影响规律，揭示铝/钢界面IMC的形成机制及影响因素，阐明IMC形貌及分布对接头力学性能的影响机理，为获得铝/钢异种合金高质量焊接接头提供试验数据和理论支持。基于铝/钢异种金属熔钎焊焊接试验，通过改变不同激光功率、焊接速度、光束能量比例，发现焊接接头成形质量随焊接过程热输入的增加而提升，主光束能量占比下降的过程中焊缝润湿角持续下降，润湿长度先增大后减小。发现存在铁铝金属间化合物层，且部分脱离界面迁移进入焊缝中的现象，IMC层迁移现象出现在两束激光直接作用的区域。数值模拟结果显示熔池内部的流场流动是IMC层迁移行为的驱动力。填丝熔钎焊与双光束熔钎焊所得焊缝相比焊缝成形质量较差，由于填丝改变了熔池内部流场流动模式、消除了IMC层迁移的驱动力，进而消除了IMC层的迁移现象。铝/钢界面处IMC层呈现中间厚、两端薄的分布形貌，铝/钢界面中部IMC层厚度约为8 ~ 12 μm，IMC层厚度随焊接热输入的提升而增加。IMC层存在两种不同的形貌，铝合金焊缝一侧为由FeAl3（θ相）组成的针状IMC，高强钢一侧为由Fe2Al5（η相）组成的平板状IMC层，平板状IMC层内存在由于η相取向生长所形成的粗大柱状晶组织。获得了最佳的焊接工艺参数为：激光功率1.3 kW，焊接速度0.6 m/min，光束能量比8 : 2，此时所得到的焊接接头拉伸性能最佳，达到130.1 N/mm。焊缝润湿长度小于2.2 mm或界面处IMC层厚度超过12 μm均会使接头存在界面脆性断裂倾向。