激光焊接铝/钢点阵结构的制备及失效模式研究文献综述
2020-05-07 20:23:33
1.研究背景 点阵结构是由杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的周期性空间桁架结构[1],具有轻质、高强、高韧、高能量吸收、优良的结构效率和集声、磁、电、热等多功能一体化等优点,已成为航空航天、国防工业、交通、能源、建筑和装备制造等众多领域关注的热点,被认为是具有广泛应用前景的新一代先进轻量化超强韧结构[2, 3]。
同时,推动轻量化点阵结构的应用和发展也是实现工业化4.0和中国制造2025战略部署的内在需求。
为了提高新一代高性能防爆装甲车关键部件的抗冲击性能和吸能特性,提出采用由多种材料组成的复合点阵结构。
其中,铝/钢异种金属组合的点阵结构,以低强度的铝合金作为芯体发生变形吸收冲击能量,比单一材料的结构具有更好的吸能特性,且能同时满足防爆装甲车的结构轻量化和高性能要求。
然而,由于铝合金和钢异种材料物理和化学性能的显著差异,钢面板和铝芯体之间的焊接存在特殊性:(1)钢的熔点比铝高,两者的密度相差很大,且晶格结构相差大,不易形成晶体间的结合;(2)铝/钢异种金属焊接的过程中,界面易形成FeAl、Fe2Al5、FeAl3等脆性金属间化合物(IMC),是导致接头力学性能恶化的主要原因;(3)铝合金与钢的热导率、线膨胀系数相差很大,焊后接头变形严重,并且存在很大的残余应力,甚至产生裂纹。
因此,面芯异质接头是铝/钢焊接组合点阵结构的薄弱区,是引起整个点阵结构失效破坏的关键部位。
面芯结合强度很大程度上直接影响点阵结构的承载能力,如何从制备工艺上最大限度的提高面芯结合性能以及结构的可靠性,是制备铝/钢组合点阵结构需要深入研究的问题。
因而,亟需研究铝/钢组合点阵结构面芯连接方法,优化其制备工艺。
2.国内外点阵结构研究的现状 点阵结构自哈佛大学的 Evans教授、剑桥大学的 Ashby教授、麻省理工的 Gibson教授等提出以来,作为一种新型的结构,受到了国内外研究学者的普遍关注,并为推动点阵结构的应用和发展提出了各种制备方法。
Wallach J. C.等人[4]提出熔模铸造法制备点阵结构。