合金元素對鋁合金-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、耐腐蝕等方面的綜合優(yōu)勢，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，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。目前，通過鋁合金與鋼熔-釬焊工藝試驗，研究如何促進液態(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內(nèi)容。
　　 本文首先以AlSi5、AlSi12、AlMg5作為填充材料，采用MIG+激光復(fù)合熱源進行了鋁合金/鍍鋅鋼熔-釬焊工藝試驗，研究分析了Si、Mg元素對鋁合金/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元素會降低焊接接頭的抗拉強度，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度大大降低，嚴重惡化接頭的拉伸性能。
　　 通過以AlSi5作為填充材料，采用MIG電弧熱源進行了鋁合金/鍍鋅鋼熔-釬焊工藝試驗，分析了鍍鋅層的作用:鍍鋅層在焊接過程中氣化并將促進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，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，研究了Cu、Zn、Sn元素對焊縫表面成形及抗拉強度的影響，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;抗拉強度值達到了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，均值達到了170 HV0.01。通過涂覆主要元素的形式，研