镀锌钢板作为一种具有良好的耐腐蚀性的同时又兼顾了经济性的金属材料备受关注,在汽车行业,建筑领域和家用电器中都得到了广泛的应用。为了突破镀锌钢板的使用壁垒和改善镀锌钢板的焊接性,本文采用超声辅助熔化极惰性气体保护焊(U-MIG)的焊接方法进行镀锌钢板焊接工艺的研究。这对于提高镀锌钢板焊缝的性能具有重要的现实意义和研究价值。首先,通过镀锌钢板堆焊预试验来判断本研究的可行性;然后,经过大量反复的试验,采用镀锌钢板搭接焊工艺来进一步探索添加Cu粉焊接对焊缝组织和性能的影响。焊后对焊缝成形和表面形貌进行观察分析;利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了焊缝的组织和晶粒变化;焊缝中的成分通过能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)来测量;纳米压痕则被用来测量焊缝的杨氏模量和显微硬度。宏观形貌分析表明添加Cu粉会增加焊缝熔宽和减小焊缝余高;成分检测表明Cu成功溶入到焊缝中;微观组织表明Cu有利于细化铁素体晶粒和促进组织均匀分布;纳米压痕测试结果说明添加Cu提高了焊缝中心区的显微硬度。为了进一步探索Cu原子对结构的影响,本文采用了基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了 α-Fe和α-Fe(Cu)两种晶体结构的电子结构和弹性常数。电子结构的计算结果表明Cu置换Fe后晶体结构发生畸变,这是由于Cu原子和Fe原子的半径不同所致。另外,Cu原子参与了成键和引起了内部电荷转移,这有利于形成比Fe-Fe键更强的Cu-Fe键。弹性常数计算结果表明α-Fe和α-Fe(Cu)晶体结构均满足立方晶系机械稳定性的判据和韧性的判据,添加Cu原子对弹性模量产生的变化较小。除此之外,杨氏模量的计算结果与纳米压痕实验测量得出的结果相符合。