鋁-鋼異種金屬CMT熔-釬焊工藝及接頭特性研究.pdf

1、本文以1mm厚的5052鋁合金和Q235鍍鋅鋼以及3mm厚的5052鋁合金和304不銹鋼為研究對(duì)象,以ER4043鋁硅焊絲為填充金屬,利用CMT焊接技術(shù)進(jìn)行了鋁/鋼異種金屬熔-釬焊試驗(yàn),分析了不同焊接工藝下鋁鋼異種金屬焊接接頭各個(gè)區(qū)域的宏觀及微觀組織特性,測(cè)試了接頭的力學(xué)性能。
　　采用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù),均能實(shí)現(xiàn)鋁鋼異種金屬熔-釬焊連接,熔-釬焊接頭主要由熱影響區(qū)、熔化區(qū)及界面區(qū)組成。焊縫熔化的金屬、熱影響區(qū)以及熔化區(qū)晶粒均隨焊接熱

2、輸入的增大而增加。釬焊區(qū)界面層靠近鋼側(cè)較平滑,靠近鋁側(cè)凹凸不平,Al、Fe含量呈梯度變化,表明界面層形成了不同種類的金屬間化合物。焊縫熔化區(qū)組織形貌變化不大,都為α-Al樹(shù)枝晶及枝晶間網(wǎng)狀A(yù)l-Si共晶組成,無(wú)論是樹(shù)枝晶還是柱狀晶,其生長(zhǎng)都存在一定的方向性,即垂直于釬焊界面及鋁側(cè)熔合線向焊縫中心方向生長(zhǎng)。
　　對(duì)1mm厚鋁合金和鍍鋅鋼進(jìn)行搭接焊,當(dāng)電流為66A時(shí)得到115.7MPa的最大拉剪強(qiáng)度,由于熱影響區(qū)收到一定程度的軟化,以

3、及氣孔及夾渣的存在,拉剪斷裂于此;釬焊區(qū)界面層厚度在2.55~6.86μm之間,當(dāng)熱輸入較低時(shí),界面層為較易生成的Fe2Al5、FeAl3金屬間化合物;當(dāng)熱輸入高時(shí)也生成了FeAl2、FeAl化合物。
　　對(duì)3mm厚鋁合金和未進(jìn)行表面特殊處理的不銹鋼進(jìn)行對(duì)接焊,雖然形成了熔-釬焊對(duì)接接頭,但熔化的焊絲向鋼側(cè)鋪展不理想,接頭強(qiáng)度也只有36.7MPa,拉伸斷裂在釬焊區(qū)界面層,不能滿足使用要求。釬焊區(qū)界面層形成了6.5μm的金屬間化合物

4、,判斷為Fe2Al5和FeAl3,以及少量的FeAl2。
　　通過(guò)在鋼表面涂覆特種釬劑,得到了不同焊接工藝下鋁合金和不銹鋼CMT熔-釬焊對(duì)接接頭。在特種釬劑的作用下,焊縫金屬向鋼側(cè)潤(rùn)濕鋪展良好,焊接熱輸入偏大或偏小,焊縫會(huì)產(chǎn)生不良形貌且缺陷較多,在釬焊區(qū)界面層出現(xiàn)明顯的金屬間化合物,化合物主要為Fe2Al5、FeAl3,在釬劑的作用下,Si也參加了反應(yīng),形成Fe2SiAl8、Fe1.8SiAl7.2等化合物,焊縫中上部電弧作用強(qiáng),

5、金屬間化合物層較厚,而下部電弧攪拌弱,形成的金屬間化合物層較薄。熱輸入在100-120J/mm時(shí),在釬劑的作用下,界面區(qū)金屬間化合物的形成受到抑制,接頭組織較為美觀,力學(xué)性能也較高,但是釬劑并沒(méi)有參與界面反應(yīng)。當(dāng)電流為66A,焊接速度為6.5mm/s時(shí),接頭獲得111.6MPa的最大抗拉強(qiáng)度,拉伸依然斷裂在焊縫/不銹鋼界面層,這進(jìn)一步證明了釬焊界面為熔-釬焊接頭的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)比表明,焊接熱輸入在110～120J/mm時(shí),能夠獲得性能