CMT條件下鋁在不同板材上潤(rùn)濕行為及數(shù)值模擬.pdf

1、鋁-鋼、鋁-鈦及鋁-銅的連接件被廣泛地應(yīng)用于汽車、航天航空、軍工及家電等行業(yè)，但在實(shí)際生產(chǎn)中鋁-鋼、鋁-鈦、鋁-銅易形成硬脆的金屬間化合物，降低接頭性能。與此同時(shí)，異種金屬接頭的良好性能和焊接過(guò)程中熔滴與母材的潤(rùn)濕鋪展及界面反應(yīng)緊密相關(guān)，但在實(shí)際連接過(guò)程中對(duì)熔滴金屬潤(rùn)濕的控制及表征較為困難。因此，在減少金屬間化合物量的前提下，需改善熔滴和母材的潤(rùn)濕鋪展并對(duì)其進(jìn)行定量分析。
　　在CMT（Cold Metal Transfer）條件

2、下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種手段對(duì)熔滴和母材的潤(rùn)濕鋪展進(jìn)行分析。首先，實(shí)驗(yàn)采用激光背光和 CCD數(shù)碼相機(jī)，以動(dòng)態(tài)座滴法分析了 AlSi5合金分別在 TA2鈦板和 T2銅板上的潤(rùn)濕行為。結(jié)果表明：鋁-鈦、鋁-銅在CMT條件下潤(rùn)濕行為的變化（接觸角和接觸半徑隨時(shí)間的變化）及最終的潤(rùn)濕性與鈦板、銅板表面氧化膜的清理程度有關(guān)。在僅機(jī)械清理鈦板、銅板表面氧化膜的情況下，少量氧化膜會(huì)在 AlSi5合金潤(rùn)濕鋪展初期起到阻礙作用，表現(xiàn)為三相線阻滯。同時(shí)氧

3、化膜降低了界面反應(yīng)性，使得在同一焊接參數(shù)下機(jī)械和化學(xué)共同清理下的界面反應(yīng)程度較僅機(jī)械清理下的界面反應(yīng)劇烈。與僅機(jī)械清理鈦板、銅板表面氧化膜下的潤(rùn)濕結(jié)果相比，在機(jī)械和化學(xué)共同清理下，AlSi5合金在鈦板和銅板上的潤(rùn)濕性更好，且在潤(rùn)濕行為中不發(fā)生三相線阻滯。
　　其次，采用VOF（Volume of Fluid）三相流模型和凝固熔化模型進(jìn)行數(shù)值模擬，建立了熔融 AlSi5合金在基板上（鋼板、鈦板和銅板）的潤(rùn)濕鋪展模型，并分別計(jì)算了在C

4、MT條件下不同送絲速度下第一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)熔融 AlSi5合金在不同板材上的潤(rùn)濕行為。結(jié)果表明：影響熔融 AlSi5合金在不同基板上潤(rùn)濕鋪展的主要因素為溫度場(chǎng)分布。由于存在熱量交換，AlSi5合金在鈦板和鋼板上鋪展時(shí)，AlSi5合金首先在三相線處發(fā)生凝固，然后向 AlSi5合金中心蔓延。而 AlSi5合金在銅板上鋪展時(shí)，AlSi5合金直接在底部發(fā)生凝固，然后逐漸向上蔓延。AlSi5合金在鋼板、鈦板和銅板上鋪展時(shí)，已凝固AlSi5合金對(duì)其自

5、身鋪展有一定阻礙作用。此外，隨送絲速度的增加，AlSi5合金在鋼板、鈦板和銅板上的潤(rùn)濕性也變好。
　　最后，對(duì) AlSi5合金在鋼板、鈦板和銅板上的潤(rùn)濕結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)隨板材導(dǎo)熱系數(shù)的降低（銅板>鋼板>鈦板），同一時(shí)刻下AlSi5合金在板材上鋪展時(shí)的溫度越高，已凝固AlSi5合金的量越少，表現(xiàn)為AlSi5合金在板材上的潤(rùn)濕性越好。通過(guò)分析AlSi5合金在不同板材上潤(rùn)濕時(shí)接觸角和毛細(xì)數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其接觸角隨毛細(xì)數(shù)的增加呈線性減小。