Invar合金的CMT表面毛化及其與純鋁的壓焊連接機理研究.pdf

1、鋁鋼復合接頭被用于鋁質上層建筑與鋼質主甲板連接，該接頭對強度要求很高。Invar合金線膨脹系數穩(wěn)定，機械性能很高，還具有耐腐蝕性強的特點。因此，Invar合金與鋁的復合結構的綜合性能高于普通鋁鋼復合結構。本文提出了采用CMT對Invar合金表面進行毛化然后與純鋁壓焊連接的工藝方法，得到了高強度的接頭。研究了Invar合金CMT表面毛化工藝，并對壓焊過程升溫階段純鋁的塑性流動、保溫階段界面反應以及降溫階段產生的接頭殘余應力做了系統(tǒng)分析，探

2、究了各階段對接頭性能的影響規(guī)律。
　　由于未有Invar合金與鋁焊接性系統(tǒng)研究的文獻資料，因此首先對Invar合金和純鋁進行了直接擴散焊焊接試驗，得出Invar合金與純鋁接頭主要存在兩個無法避免的問題，一是無法避免接頭中金屬間化合物層的生成，二是接頭存在很大殘余應力。
　　進行Invar合金表面CMT毛化工藝試驗，實現了12種表面毛化形貌的制備，各形貌的焊釘組織良好，焊釘與Invar合金母材之間的單釘抗剪強度高于250MPa

3、。
　　然后進行了CMT表面毛化處理的Invar合金與純鋁壓焊連接研究。研究了溫度和保溫時間對接頭界面以及接頭力學性能的影響規(guī)律，并進行了12種不同毛化形貌的壓焊試驗。接頭主要有兩種斷裂機制，斷裂機制Ⅰ斷裂在最外側焊釘截面的純鋁上，斷裂機制Ⅱ斷裂在壓焊接頭界面的金屬間化合物層上。壓焊接頭的拉剪強度在毛化形貌為2mm,3mm×3mm時達到最大，為64MPa，達到了本試驗1060純鋁母材拉伸強度的90％以上。
　　采用有限元方法

4、對升溫階段焊釘扎入純鋁內部時純鋁塑性流動規(guī)律進行數值模擬，結果顯示，存在一個臨界壓力使壓焊接頭內部Inconel625焊釘與純鋁界面以及Invar合金與純鋁界面處的微小孔洞完全閉合。在接頭的外部邊界存在無法避免的大尺寸空洞。通過在外部邊界施加約束，可以有效解決這個問題。
　　采用有限元方法對降溫階段產生的接頭殘余應力大小進行數值模擬分析，結果表明接頭中焊釘之間的純鋁受三向拉伸應力，塑性變形能力受到抑制，處于應力脆化狀態(tài)，為薄弱部位