鋁-鋼預(yù)置粉末激光搭接熔釬焊接頭組織與性能研究.pdf

1、激光熔釬焊方法是目前作為鋁/鋼異種金屬連接的最有效的方法之一，本文提出一種預(yù)置涂粉熔釬焊方法，對鋁/鋼異種金屬進(jìn)行激光焊接研究。采用這種熔釬焊方法和預(yù)置特殊粉末后，顯著增加了激光能量的吸收率，通過調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，可控制鋁/鋼異種金屬焊接時金屬間化合物的形態(tài)分布、增加釬接界面的寬度、減少鋁/鋼釬接界面過渡層寬度，獲得機(jī)械性能優(yōu)良的熔釬焊接頭。
　　 本文選用適宜的合金粉末，采用預(yù)制涂粉的方法對鋁合金(5052、5056、6063

2、)和鍍鋅鋼板進(jìn)行搭接熔釬焊試驗，分析工藝參數(shù)對熔釬焊接頭成形和焊接性的影響，分析了工藝參數(shù)和粉末成分對鋁/鋼釬接過渡層寬度、金屬間化合物形態(tài)、釬接界面的寬度和接頭組織的影響，通過測試接頭力學(xué)性能，分析工藝參數(shù)、界面層組織形態(tài)等對力學(xué)性能的影響。
　　 采用本文提出的熔釬焊方法實現(xiàn)了5052、5056、6063鋁合金和鍍鋅鋼板優(yōu)質(zhì)熔釬焊連接。選用適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)獲得了搭接接頭過渡平緩，鋪展寬度較寬，接頭成形連續(xù)、美觀，無裂紋、氣

3、孔等缺陷的熔釬焊焊縫。焊接工藝參數(shù)對熔釬焊接頭有效鋪展寬度有顯著影響，在合適激光功率范圍內(nèi)，有效鋪展寬度隨功率增大而增大，隨焊接速度增加有效鋪展寬度減小，離焦量由負(fù)到正變化時，有效鋪展寬度先增大后減小。
　　 試驗發(fā)現(xiàn)這種焊接方法熔釬焊接頭出現(xiàn)兩個富Zn區(qū)，分別位于熔化區(qū)邊緣和熔化區(qū)與鋁合金結(jié)合處熔釬焊根部，釬接界面過渡層最大厚度小于10μm。對熔釬焊界面過渡層進(jìn)行線掃描，發(fā)現(xiàn)Al、Fe、Mg元素在界面處有一個明顯的漸變過程，說

4、明Al、Fe、Mg在過渡層發(fā)生了擴(kuò)散，過渡層邊緣Zn的含量較多，Si含量較少。鋁合金與鍍鋅鋼采用預(yù)制涂粉激光熔釬焊時，焊接接頭中直接由Al和Fe所形成的金屬間化合物主要有FeAl、Fe3Al、FeAl2和FeAl3，Si、B、Zn、Mn、Mg等元素與Fe和Al或直接形成化合物，或形成固溶物，如Fe3B、Fe3Si、Fe11Zn40、Al9FeSi3、AlFe2B2、AlMg4Zn11、Al5Mn12Si7等抑制了Al與Fe直接接觸形成脆

5、硬的金屬間化合物。試驗發(fā)現(xiàn)在鋁/鋼預(yù)置涂粉激光熔釬焊工藝范圍內(nèi)，金屬間化合物層厚度隨功率增大而增加，隨焊接速度增加而減少，離焦量由負(fù)到正時出現(xiàn)先增加后減少的變化，選擇適當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)，可以抑制針狀A(yù)l-Fe金屬間化合物向熔化區(qū)內(nèi)生長。
　　 界面過渡層硬度明顯高于熔化層和鋼側(cè)，熔化層和靠近過渡層鋼側(cè)硬度高于鋁合金和鍍鋅鋼母材，分析認(rèn)為熔化區(qū)熔化的粉末中的Si、Mn、Mg等產(chǎn)生冶金作用形成強化相增加了熔化區(qū)的硬度，F(xiàn)eAl、Fe

6、Al2、FeAl3等金屬間化合物的形成是界面過渡層硬度高的主要原因，由于產(chǎn)生了Al9FeSi3、AlFe2B2、Fe3B、Fe3Si、Fe11Zn40等相，一定程度降低了界面過渡層的顯微硬度。
　　 鋁/鋼預(yù)置涂粉激光熔釬焊接頭具有較高的機(jī)械性能，鍍鋅鋼與5052熔釬焊時最大機(jī)械抗力達(dá)208N/mm，約鋁母材的95.41％，鍍鋅鋼與5056熔釬焊時平均機(jī)械抗力達(dá)190N/mm，約為鋁母材的85.2％，鍍鋅鋼與6063熔釬焊時平均

7、機(jī)械抗力達(dá)189N/mm，約為鋁母材的85.5％。
　　 對熔釬焊接頭斷裂行為進(jìn)行分析，斷裂主要有兩種形式:母材熱影響區(qū)斷裂和熔釬焊焊縫處斷裂。母材熱影響區(qū)斷裂時，主要是由于在激光焊接過程中熱輸入對鋁合金的熱影響區(qū)組織的軟化作用，在預(yù)置涂粉激光搭接熔釬焊接頭熔化區(qū)根部存在晶粒粗大的富Zn區(qū)和在此處應(yīng)力集中是焊縫處斷裂的主要原因。在焊縫處斷裂機(jī)理主要是韌窩斷裂，裂紋不是由脆硬的界面過渡層（Al-Fe金屬間化合物）引起的，故接頭具有