鋁-黃銅異種金屬激光熔釬焊工藝及機理研究.pdf

1、面對國內(nèi)銅資源緊缺問題，采用鋁/銅復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)鋁部分代替銅能夠充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，達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，激光熔釬焊以其能量集中，焊接熱循環(huán)時間短，作用位置精確可調(diào)的特點，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2mm厚度的5052鋁合金及H62黃銅進行激光熔釬焊對接，對接頭微觀組織、界面層結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進行研究，闡明鋁/黃銅異種金屬激光熔釬焊機理。
　　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)又進一步可分為過渡區(qū)和界面層。過渡區(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相上形核并長大。當焊接工藝條件導(dǎo)致黃銅熔化、溶解量較小時，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、抗拉強度及斷裂機制。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度的首要因素，且在一定范圍內(nèi)接頭

4、抗拉強度隨著界面金屬間化合物層厚度的增大先增大后減小。當激光功率2700w，焊速0.5m/min，激光光束向鋁側(cè)偏移0.3mm時，原始接頭抗拉強度可達128MPa，磨平余高后接頭抗拉強度可達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斷裂在界面層和完全斷裂在界面兩種斷裂方式，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為準解理斷裂，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實現(xiàn)了鋁/黃銅異種金屬激光熔釬焊過程溫度場模擬，并在此基礎(chǔ)上揭示界面層生長最佳能量控制和接頭形成機制。結(jié)果表明接頭溫度場呈不對稱式分布。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)時間在8s以內(nèi)。當激光功率為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，界面峰值溫度及反應(yīng)時間會被控