鋁-黃銅異種金屬激光熔釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、面對(duì)國(guó)內(nèi)銅資源緊缺問(wèn)題，采用鋁/銅復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鋁部分代替銅能夠充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到成本和性能的平衡，在電力電子、石油化工、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而兩者之間物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，且極易產(chǎn)生脆硬金屬間化合物，使鋁/銅的焊接存在很大的困難。近年來(lái)，激光熔釬焊以其能量集中，焊接熱循環(huán)時(shí)間短，作用位置精確可調(diào)的特點(diǎn)，廣泛被用于異種難焊金屬連接，有望突破傳統(tǒng)方法在結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、接頭質(zhì)量等方面的不足。本文選用Zn-15％Al藥芯焊

2、絲，對(duì)2mm厚度的5052鋁合金及H62黃銅進(jìn)行激光熔釬焊對(duì)接，對(duì)接頭微觀組織、界面層結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進(jìn)行研究，闡明鋁/黃銅異種金屬激光熔釬焊機(jī)理。
　　研究了鋁/黃銅異種金屬激光熔釬焊接頭的微觀組織及界面層結(jié)構(gòu)特征。接頭可分為三個(gè)區(qū)域：黃銅側(cè)類釬焊焊縫區(qū)、焊縫中心區(qū)和鋁側(cè)熔化焊焊縫區(qū)，黃銅側(cè)類釬焊焊縫區(qū)又進(jìn)一步可分為過(guò)渡區(qū)和界面層。過(guò)渡區(qū)有Al4.2Cu3.2Zn0.7和CuZn5化合物生成，亞穩(wěn)CuZn5相在Al4.2Cu3.2

3、Zn0.7相上形核并長(zhǎng)大。當(dāng)焊接工藝條件導(dǎo)致黃銅熔化、溶解量較小時(shí)，界面處有連續(xù)的CuZn相和鋸齒狀的Al4.2Cu3.2Zn0.7相生成，若黃銅熔化、溶解量較大，界面處還會(huì)形成Al4Cu9相，且CuZn相厚度隨著熱輸入增大而增大。
　　研究了鋁/黃銅異種金屬激光熔釬焊接頭顯微硬度分布、抗拉強(qiáng)度及斷裂機(jī)制。焊縫區(qū)的顯微硬度高于黃銅和鋁兩種母材，接頭最高硬度出現(xiàn)在黃銅側(cè)界面層附近。焊接缺陷是影響抗拉強(qiáng)度的首要因素，且在一定范圍內(nèi)接頭

4、抗拉強(qiáng)度隨著界面金屬間化合物層厚度的增大先增大后減小。當(dāng)激光功率2700w，焊速0.5m/min，激光光束向鋁側(cè)偏移0.3mm時(shí)，原始接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)128MPa，磨平余高后接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)104MPa。接頭斷裂行為表明，鋁/黃銅激光熔釬焊原始接頭主要有部分?jǐn)嗔言诮缑鎸雍屯耆珨嗔言诮缑鎯煞N斷裂方式，而磨平余高后接頭還有完全斷裂在焊縫的斷裂方式。斷口形貌表明斷裂在焊縫時(shí)為準(zhǔn)解理斷裂，斷裂在界面層位置的斷口為解理斷裂。
　　利用有限元

5、分析軟件MARC實(shí)現(xiàn)了鋁/黃銅異種金屬激光熔釬焊過(guò)程溫度場(chǎng)模擬，并在此基礎(chǔ)上揭示界面層生長(zhǎng)最佳能量控制和接頭形成機(jī)制。結(jié)果表明接頭溫度場(chǎng)呈不對(duì)稱式分布。在工件厚度方向，焊接峰值溫度相差在100℃之內(nèi)，高溫反應(yīng)時(shí)間也相差不大。不同的焊接熱輸入條件下，界面峰值溫度在930-1145℃之間，反應(yīng)時(shí)間在8s以內(nèi)。當(dāng)激光功率為2700-3000w、焊速為0.4-0.5m/min，激光光束位置在鋁側(cè)0.3-0.5mm時(shí)，界面峰值溫度及反應(yīng)時(shí)間會(huì)被控