鋁-鍍鋅鋼板熔釬焊接頭金屬間化合物形成機(jī)理的研究.pdf

1、本文從鋁/鋼界面反應(yīng)的熱力學(xué)與原子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方面來(lái)研究鋁/鋼異種金屬界面區(qū)金屬間化合物相的形成機(jī)理，不但可以豐富鋁/鋼異種金屬焊縫的形成理論，而且為促進(jìn)熔釬焊在其他異種材料連接中的應(yīng)用起到積極的借鑒作用。
　　 首先，論文采用亞點(diǎn)陣模型，建立了鋁/鍍鋅鋼板脈沖旁路耦合電弧熔釬焊焊接界面處Fe-Al-Zn三元化合物相Fe2Al5Znx的熱力學(xué)計(jì)算模型，研究在脈沖旁路耦合電弧熱循環(huán)曲線下，F(xiàn)e2Al5Znx相形成的可能性以及所形成的

2、化合物相的成分，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證所建立模型的合理性。結(jié)果表明:三元化合物相Fe2Al5Znx在鋁/鍍鋅鋼板焊接界面處可以生成，并且該化合物最終以Fe2Al5Zn0.4的形式穩(wěn)定存在;該計(jì)算結(jié)果與鋁/鍍鋅鋼板脈沖旁路耦合電弧熔釬焊接頭的XRD分析結(jié)果一致，表明采用亞點(diǎn)陣模型建立的熱力學(xué)計(jì)算模型能夠正確反映鋁/鋼界面反應(yīng)生成化合物的可能性以及所生成化合物的種類。
　　 其次，采用亞正規(guī)溶體模型，建立了鋁/鍍鋅鋼板脈沖旁路耦合電弧熔釬焊

3、焊接界面處Fe-Al金屬間化合物以及Fe-Al-Zn三元化合物相Fe2Al5Zn0.4的熱力學(xué)計(jì)算模型，研究在脈沖旁路耦合電弧溫度下，鋁/鋼界面各金屬間化合物相形成的可能性。計(jì)算結(jié)果表明:在脈沖旁路耦合電弧溫度下，鋁/鍍鋅鋼板焊接界面處可以形成Fe2Al5、FeAl3、Fe2Al5Zn0.4三種化合物相，并且形成Fe2Al5的Gibbs自由能最低，形成FeAl3的Gibbs自由能次之，形成Fe2Al5Zn0.4的Gibbs自由能最高，由

4、此可以推斷在鋁/鍍鋅鋼板焊接過(guò)程中，在鋁/鋼界面處最先形成了Fe2Al5相，而FeAl3相是在冷卻過(guò)程中，F(xiàn)e2Al5與多余的Al原子結(jié)合形成的;Fe2Al5Zn0.4則是Fe2Al5層在鍍鋅鋼板的界面處與Zn原子結(jié)合而形成的。
　　 最后，利用本課題組已有的溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合鋁/鋼界面原子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型，建立了焊接參數(shù)與鋁/鋼界面處金屬間化合物層厚度之間的計(jì)算模型，研究不同焊接參數(shù)下鋁/鋼界面處金屬間化合物層的生長(zhǎng)情況，并且

5、分別對(duì)不同焊接參數(shù)下的鋁/鋼異種金屬焊接界面金屬間化合物層厚度的計(jì)算模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明:在脈沖平均總電流不變的情況下，隨著旁路脈沖平均電流的增加，液態(tài)Al原子的擴(kuò)散系數(shù)隨之減小，金屬間化合物層的厚度也隨著旁路脈沖平均電流的增加而減小，并且在擴(kuò)散初期金屬間化合物層厚度的增加率最大，而隨著金屬間化合物層厚度的增加其厚度增加率減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬間化合物層厚度隨焊接參數(shù)的變化趨勢(shì)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果是一致的，在數(shù)值上計(jì)算結(jié)果基本處于試