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基于激光焊接方法的鋁鋼結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

減輕汽車質(zhì)量能夠提高汽車的效率，并對(duì)環(huán)境友好。除采用輕量化設(shè)計(jì)方法外，采用新型材料的組合也是減輕汽車質(zhì)量的一個(gè)重要趨勢(shì)。目前，常用的新型材料是碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP），但在生產(chǎn)制造中很少大量使用這種材料，因?yàn)樘祭w維復(fù)合材料制成的零件要比傳統(tǒng)零件昂貴。此外，也沒(méi)有大量生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的技術(shù)。目前，相對(duì)于碳纖維復(fù)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(chǎn)鋁合金的技術(shù)。在汽車工程中，混合材料組合（如高強(qiáng)度鋼與輕量化鋁合金相結(jié)合）可使產(chǎn)品質(zhì)量顯著減輕，而且在碰撞過(guò)程中比單獨(dú)采用鋁合金更有優(yōu)勢(shì)。因此，開(kāi)發(fā)了在鋼中加入鋁的技術(shù)。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(shù)和抗腐蝕性性能重大挑戰(zhàn)。本研究將鋁與合金鋼進(jìn)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(tǒng)，而且可用于生成三維結(jié)構(gòu)，也可作為連接技術(shù)。目前，采用將粉末狀材料沉積的方法以獲得所需結(jié)構(gòu)連接。粉末材料的同軸注入是一種三維焊接操作?；旌戏勰┠軌蚋纳瞥练e材料的性能和連接部分的力學(xué)性能，這是粉末沉積材料的額外優(yōu)勢(shì)。LMD工藝既不需要預(yù)熱，也不需要進(jìn)行預(yù)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(shí)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(qiáng)度的焊接接頭。

在連接區(qū)域，使用銅基合金將鋁與鋼部件進(jìn)行焊接。在焊接過(guò)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(gè)稀釋區(qū)。

刊名：Proc.of SPIE（英）

刊期：2015年第9356期

作者：Rüdiger Brockmann et al

編譯：朱會(huì)