鋁-鋼異種金屬電弧輔助激光對接熔釬焊工藝試驗研究.pdf

1、鋁/鋼熔釬焊連接是目前異種金屬連接領域的研究熱點和難點問題，但現(xiàn)階段的研究主要集中在鋁/鋼搭接焊上，對對接熔釬焊研究較少，原因之一是：采用單一熱源很難在高效率焊接下獲得良好機械性能的鋁/鋼熔釬焊對接接頭?，F(xiàn)有的研究表明：鋁/鋼異種金屬熔釬焊接頭的性能受接頭化合物層厚度和接頭鋪展特性的影響較大，為了避免金屬間化合物層過度增厚并獲得鋪展性好的熔釬焊接頭，本文在激光熔釬焊的基礎下，提出了電弧輔助激光熔釬焊方法，即采用小電流電弧跟隨大功率激光束

2、沿對接位置同步移動進行焊接，這種焊接方法通過改變激光焊的熱分布，增加了較低溫度下熔化的液態(tài)金屬潤濕鋪展時間，顯著提高了接頭的鋪展寬度，同時，冷卻時間的延長也降低了焊接缺陷產(chǎn)生的傾向，當采用適當?shù)暮附庸に噮?shù)，可以獲得成形連續(xù)、美觀，接頭性能優(yōu)良的熔釬焊焊縫。
　　本文選用適宜的合金粉末，采用預制涂粉的方法對5A06鋁合金和鍍鋅鋼板進行對接熔釬焊試驗，分析了激光熱輸入、電弧電流、熱源中心間距等工藝參數(shù)對熔釬焊接頭成形、鋪展寬度和Al

3、-Fe化合物層厚度的影響，對比分析了接頭不同位置金屬間化合物形態(tài)、釬接界面的寬度和接頭組織的差異，通過測試接頭力學性能，分析工藝參數(shù)、界面層組織形態(tài)等對熔釬焊對接接頭力學性能的影響。
　　研究結果表明：焊接工藝參數(shù)對熔釬焊接頭鋪展寬度和焊縫成形有顯著的影響，預留小于0.5mm的間隙和背面填涂釬劑均可增大熔化金屬的鋪展寬度，熔化金屬的鋪展寬度隨激光熱輸入和電弧電流的增加而增大；隨熱源中心間距的增加呈先增大后減小的趨勢，填加Al-Si

4、焊絲亦可增大熔化金屬的鋪展寬度，獲得更為連續(xù)、美觀的焊縫表面形貌。
　　采用SEM和EDS對鋁/鋼熔釬焊接頭的微觀組織和形貌進行研究，結果表明：熔釬焊接頭中金屬間化合物層最厚的區(qū)域出現(xiàn)在接頭中間位置，其厚度沿著釬接界面由接頭中間向兩邊逐漸減小，沿著釬接界面從接頭中間向兩邊，界面呈鋸齒狀的Fe2Al5金屬間化合物逐漸消失，呈絮狀的Fe4Al13化合物變得更加明顯。熔釬焊接頭出現(xiàn)兩個富鋅區(qū)，分別位于焊縫正面和反面的焊縫區(qū)邊緣，富鋅區(qū)是

5、由晶粒粗大的亮灰色塊狀鋅鋁共晶組織或樹枝狀晶體與晶界組成的網(wǎng)狀結構，與鍍鋅鋼側沒有明顯的擴散層。當焊接參數(shù)選擇不當時，熔釬焊接頭易生成由鍍鋅層蒸發(fā)所形成的氣孔。焊接工藝參數(shù)對熔釬焊過渡層厚度有顯著的影響，隨著激光熱輸入、電弧電流和熱源中心間距的增大，金屬間化合物層厚度增加，選擇適當?shù)暮附庸に噮?shù)，可以抑制化合物層的過度增長。
　　對接頭硬度分析表明：接頭最高硬度出現(xiàn)在金屬間化合物層處，高于鋼側和熔焊區(qū)的硬度值，由于Mn、Si等元素

6、的存在，導致熱影響區(qū)硬化，出現(xiàn)鋼側靠近過渡層處的硬度稍高于鋼母材的硬度；熔合區(qū)靠近過渡層處ɑ-Al中有彌散的Al-Si共晶體和Fe4Al13存在，導致其硬度稍高于鋁母材的硬度值。
　　接頭力學性能的研究表明：鋁合金和鍍鋅鋼的電弧輔助激光熔-釬焊接頭具有較高的機械性能，接頭抗拉強度最大值達到163MPa，為鋁母材強度的74％，是同樣參數(shù)下激光焊所得對接接頭抗拉強度的1.3倍，接頭具有較好的塑性和韌性。熔釬焊接頭抗拉強度受焊接工藝參數(shù)

7、的影響為：隨著激光熱輸入、電弧電流、熱源中心間距的增加呈現(xiàn)先增大后減小趨勢。采用電弧輔助激光熱源實現(xiàn)2mm厚5A06鋁合金與1mm厚鍍鋅鋼對接熔釬焊連接的最佳焊接工藝參數(shù)為：激光熱輸入1.2kJ/cm，電弧電流15A，熱源中心間距15mm，激光離焦量0mm，電弧弧長4mm，保護氣流量10L/min。適當?shù)暮附訁?shù)得到的熔釬焊接頭在拉伸試驗中，裂紋起始于脆硬的金屬間化合物層，終斷于具有較高韌性的焊縫區(qū)，接頭抗拉強度高，具有較好的機械性能。