合金元素對(duì)鋁合金-鋼熔-釬焊接頭組織與性能的影響.pdf

1、鋁合金與鋼的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕等方面的綜合優(yōu)勢(shì)，在航空航天、汽車制造及造船等領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，然而兩者之間固溶度低，熱物理性能差異大，且在熔焊過程中極易反應(yīng)生成脆硬的金屬間化合物，這已成為焊接領(lǐng)域中的難點(diǎn)問題。熔-釬焊接技術(shù)作為一種新型的異種材料連接方法，其具有高效、優(yōu)質(zhì)、靈活等方面的優(yōu)勢(shì)，非常適合鋁合金/鋼的優(yōu)質(zhì)高效的連接，因即成為鋁合金與鋼焊接技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。目前，通過鋁合金與鋼熔-釬焊工藝試驗(yàn)，研究如何促進(jìn)液態(tài)釬

2、料在鋼表面的潤濕鋪展，并控制界面脆性化合物層的生長，是獲得優(yōu)質(zhì)鋁合金/鋼接頭的關(guān)鍵，也是本文主要的研究?jī)?nèi)容。
　　 本文首先以AlSi5、AlSi12、AlMg5作為填充材料，采用MIG+激光復(fù)合熱源進(jìn)行了鋁合金/鍍鋅鋼熔-釬焊工藝試驗(yàn)，研究分析了Si、Mg元素對(duì)鋁合金/鍍鋅鋼熔-釬焊接頭組織與性能的作用。研究表明: Si元素能夠細(xì)化焊縫組織晶粒，Si元素和Mg元素都能減小釬焊接頭界面金屬間化合物層的厚度，但是相比于Mg元素，S

3、i元素作用的效果更明顯，能顯著的減小界面金屬間化合物層的厚度;并且隨著填充金屬中硅元素含量的增加，抑制效果也越明顯;Si元素相比于Mg元素會(huì)降低焊接接頭的抗拉強(qiáng)度，并且隨著填充金屬中Si元素含量的增加，使焊接接頭的抗拉強(qiáng)度大大降低，嚴(yán)重惡化接頭的拉伸性能。
　　 通過以AlSi5作為填充材料，采用MIG電弧熱源進(jìn)行了鋁合金/鍍鋅鋼熔-釬焊工藝試驗(yàn)，分析了鍍鋅層的作用:鍍鋅層在焊接過程中氣化并將促進(jìn)填充金屬在鋼表面的潤濕鋪展，但產(chǎn)

4、生大量的鋅蒸氣，對(duì)焊接接頭的性能有一定的影響。由此，研制了適用于鋁合金/非鍍層鋼熔-釬焊的釬劑。通過正交試驗(yàn)，研制出了適用于鋁合金/非鍍層鋼異種金屬熔-釬焊接的釬劑涂層，優(yōu)化的釬劑涂層的成分范圍:CaF210～20 wt％、NaF30 wt％、K2SiF62～5 wt％、K3AlF645～58 wt％。該釬劑涂層具有良好的粘結(jié)性和涂覆性，并且在焊接過程中穩(wěn)定性高，能夠很好地促進(jìn)填充金屬在非鍍層鋼表面的潤濕鋪展。
　　 以AlSi

5、5焊絲作為填充材料，通過MIG電弧熱源進(jìn)行在非鍍層鋼上涂覆添加了合金元素的釬劑涂層的鋁合金/非鍍層鋼的工藝正交試驗(yàn)，研究了Cu、Zn、Sn元素對(duì)焊縫表面成形及抗拉強(qiáng)度的影響，確定了適用于鋁合金/非鍍層鋼焊接的添加合金元素釬劑涂層的各組分含量:Zn20wt％、Sn30wt％、Cu5wt％、釬劑45wt％。
　　 分析了涂覆最佳配比釬劑涂層焊接獲得的的熔-釬焊接頭:微觀組織主要為α-Al固溶體+少量Al-Si共晶組織，金屬間化合物層

6、的平均厚度為0.94μm，遠(yuǎn)小于10μm。在釬焊界面處的化合物相為FeAl2、Fe4Al13、Al2Cu和Al0.5Fe3Si0.5;抗拉強(qiáng)度值達(dá)到了192.74 MPa，約為5A02鋁合金母材的80.31％，接頭的斷裂方式為韌性和脆性的混合斷裂;鋼一側(cè)的顯微硬度平均值為135.5 HV0.01，焊縫處硬度值偏低，顯微硬度平均值為78.7 HV0.01，釬焊界面處顯微硬度值最大，均值達(dá)到了170 HV0.01。通過涂覆主要元素的形式，研