汽车轻量化成为21世纪汽车技术的前沿和热点,车身上大量使用轻质材料已成为汽车产业的发展趋势,而双相钢与铝合金作为良好的轻量化材料已得到广泛利用。对于双相钢、铝合金的连接而言,由于两者之间物理、化学性能差异明显,易生成脆性Fe-Al化合物,因此难以获得优质的钢/铝接头。为探索一种新的钢/铝连接方法,本文选取汽车车身用DP590双相钢与6016铝合金作为研究对象,基于第一性原理计算,研究粉末原子在Fe-Al化合物晶胞中的置换可能性与占位规律,选择并设计粉末元素,进行钢上/铝下搭接、钢/铝层间添加中间层粉末的激光焊接试验,利用金相显微镜、带EDS与EBSD探头的环境扫描电镜和微机控制电子万能试验机等研究焊缝成形、焊缝相组成、晶粒大小、界面元素与分布及接头抗剪性能,探索中间层粉末对双相钢/铝合金激光搭接焊时的作用及改善焊接接头性能的机理。研究结果期望为车用双相钢/铝合金的优质焊接提供新的研究思路,并为推进汽车轻量化提供重要理论依据和实验基础。通过粉末原子分别替代FeAl化合物中的Fe原子或Al原子,计算Fe₈Al₈超胞的形成热、弹性常数、电子结构,发现Ti原子优先取代FeAl化合物中的Al原子,形成的化合物具有延性,能降低Fe-Al化合物的脆性,同时从工艺的角度分析,选择Ti作为钢/铝层间的粉末元素。以获得最佳焊缝表面成形性为目标,对1.4mm双相钢板和1.2mm厚6016铝合金进行有无添加Ti粉激光搭接焊实验,发现焊缝表面成形性良好,无明显缺陷,添加Ti粉焊接接头剪切性能与未添加粉末相比,线载荷提高,延伸率增大;焊缝区晶粒细小,添加元素均匀分布在铝侧熔池,下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,熔融态Al向熔宽两侧迁移,熔池内部Fe、Al的混合程度减弱,钢/铝界面Fe-Al化合物的层厚度变小,界面层金属间化合物种类发生改变,生成延性相Fe₂Ti。基于钢上铝下搭接激光焊温度场的数值模拟,发现添加Ti粉对上层双相钢的温度变化影响不明显,而对于下层的铝合金,添加Ti粉,焊接接头熔深增加,熔宽变窄,Ti粉的加入,促进热量从上层钢向下层铝进行传递,减少横向传热,由于Ti的熔点较高,上层钢熔化时,添加Ti粉吸收了热量,从而增加焊接熔池的深度。