鋁合金-不銹鋼TIG熔-釬焊界面控制研究.pdf

1、鋁合金與不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕等方面的綜合優(yōu)勢(shì)，在航空航天、交通運(yùn)輸、國(guó)防等部門(mén)有著越來(lái)越重要的應(yīng)用。然而兩者之間固溶度低，熱物理性能差異大，且極易反應(yīng)生成脆性的金屬間化合物，這已成為焊接領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，電弧熔-釬焊方法以其便捷、高效化的焊接性成為鋁/鋼異種材料連接中的熱門(mén)研究方向。促進(jìn)液態(tài)釬料在鋼表面的潤(rùn)濕鋪展，并且控制界面脆性金屬間化合物的生長(zhǎng)，是獲得優(yōu)質(zhì)鋁/鋼接頭的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本課題在前期預(yù)涂層開(kāi)

2、發(fā)和工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了合金元素對(duì)界面層結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，分析了其控制界面化合物層生長(zhǎng)的作用機(jī)理，提高鋁/鋼異種金屬連接接頭的綜合性能。結(jié)合焊接溫度場(chǎng)進(jìn)行界面層生長(zhǎng)行為的研究，揭示了TIG熔-釬焊界面層的生長(zhǎng)機(jī)制。
　　首先研究了不同含量Cu元素對(duì)界面結(jié)構(gòu)的影響，揭示了其控制界面層生長(zhǎng)的作用機(jī)理，并且深入分析了Cu元素含量為6wt％時(shí)接頭的微觀結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性能。在采用Al-Cu6釬料時(shí)，界面層呈須狀生長(zhǎng)，厚度在2-5μm

3、之間，由θ-Al13(Fe,Cu)4相組成，界面層具有較高的抗裂性，接頭的抗拉強(qiáng)度在150-170MPa之間。Cu元素是通過(guò)置換固溶于θ-Al13(Fe,Cu)4相中抑制其擇優(yōu)取向來(lái)控制化合物層生長(zhǎng)的，Cu含量在6wt%左右時(shí)，接頭具有最佳的力學(xué)性能。
　　在Al-Cu6釬料中分別添加了La、Zr、Ag三種微量元素，分析了三種微量元素對(duì)接頭組織和力學(xué)性能的影響。分析發(fā)現(xiàn) La元素的加入對(duì)界面層組織的影響很??；Zr元素對(duì)界面層和焊縫

4、都有明顯的細(xì)化作用；Ag元素的加入使接頭在焊縫中出現(xiàn)了微小的裂紋。結(jié)果顯示： Al-Cu-La釬料下力學(xué)性能與Al-Cu6相當(dāng)，Al-Cu-Zr釬料下接頭的力學(xué)性能提高，Al-Cu-Ag釬料下接頭的力學(xué)性能下降。
　　最后運(yùn)用MARC有限元軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)異種材料TIG熔-釬焊界面溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)界面層的生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行研究。溫度場(chǎng)模擬結(jié)果顯示，固-液界面溫度分布不均勻，坡口頂部位置與底部位置溫度相差近300℃，加熱時(shí)