合金元素及鍍層對鋁-鋼激光焊接頭組織與性能的影響.pdf

1、激光焊是目前連接鋁/鋼異種金屬最有效的方法之一，本文通過在鋁/鍍鋅鋼激光焊接過程中通過預(yù)置涂粉的方法添加不同的合金元素，并對鋁合金及不同鍍層碳鋼進行激光焊接，選用恰當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)，獲得了成形良好的鋁鋼焊接接頭。
　　本文選用Si、Mg、Mn、B、Zn合金粉末，對5A06鋁合金和鍍鋅鋼板進行激光焊接試驗，并選用鍍鋁、鍍鋅、鍍鋁鋅、鍍鎳鋼分別與5A06鋁合金進行焊接，分析不同的合金粉末及鍍層對焊接接頭成形和焊接性的影響，同時采用SE

2、M、EDS等測試方法觀察和分析不同合金元素對鋁/鋼界面微觀組織及形貌的影響，進一步分析不同的合金元素對界面金屬間化合物相的生長的作用。通過對鋁/鋼連接界面成分進行分析，發(fā)現(xiàn)在連接界面區(qū)主要由Fe2Al5、FeAl3、Fe4Al13金屬間化合物組成。
　　通過拉伸試驗，分別比較添加不同的合金元素，以及不同鍍層鋁鋼接頭的力學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)在相同焊接參數(shù)條件下，添加 Mn元素時，接頭的抗拉強度最大，添加 Zn、Si、Mg元素時，抗拉強度依次

3、降低。通過分析不同鍍層的對接和搭接接頭應(yīng)力-應(yīng)變發(fā)現(xiàn)，鍍層金屬為鋁鋅元素時，接頭試樣在熱影響區(qū)斷裂，鋁鋼接頭的力學(xué)性能最好，抗拉強度最大為162MPa，約為鋁合金母材強度的74％，抗剪強度為166.7 N/mm，約為鋁鋼接頭的70%。Si元素的添加，容易在鋁鋼接頭熔化區(qū)上部形成大量的氣孔，B元素增加了激光的吸收率，增加了母材的熱輸入，導(dǎo)致金屬間化合物層厚度增加，容易在接頭部位形成裂紋，而 Zn元素抑制了金屬間化合物的生長，但在熔化區(qū)形成

4、空隙，影響接頭的致密性。
　　通過鋁/鋼接頭試樣電化學(xué)腐蝕試驗發(fā)現(xiàn)，添加不同元素的鋁/鋼接頭在3.5%NaCl溶液中的腐蝕電位在-1159mV~-890mV之間，添加 Zn、Si、Mg元素時，腐蝕電流分別為4.849e-3mA、2.766e-3mA、1.948e-3mA，而當(dāng)添加Mn元素時，接頭的腐蝕電流最小為9.463e-4 mA，則可知當(dāng)添加Mn元素時，鋁鋼熔釬焊接頭的耐腐蝕性能最好，而當(dāng)分別添加 Mg、Si、Zn元素時，鋁鋼

5、接頭的耐腐蝕性能依次降低。對于不同鍍層的鋁鋼接頭，鋁/鍍鋁鋼接頭的腐蝕電流為1.026e-3mA，鋁/鍍鋁鋅鋼接頭的腐蝕電流為3.219e-3mA，而鋁/鍍鋅鋼接頭的腐蝕電流為0.873e-3mA。由此可知，當(dāng)鍍層金屬為鋅元素時，鋁鋼接頭的抗腐蝕性能最好。對于鋁鋼接頭來說，腐蝕易發(fā)生在金屬間化合物層及氣孔、夾雜等焊接缺陷處。
　　針對鋁/鋼焊接過程中，鋁原子與鐵原子之間的互擴散現(xiàn)象，通過對傳統(tǒng)的蒙特卡羅方法進行進一步改進，并對實際

6、焊接過程中鋁、鐵原子的擴散現(xiàn)象進行合理簡化，建立鋁鋼焊接過程中連接界面鋁、鐵原子的擴散模型。根據(jù)已建立的鋁鋼界面原子擴散模型，對鋁鋼界面金屬間化合物的生長過程進行模擬，并對添加不同合金元素時的鋁鋼界面的微觀形貌進行模擬分析，進一步分析鋁鋼界面金屬間化合物生長機理。結(jié)果表明：所建立的模型能夠很好地反映鋼側(cè) Fe2Al5及鋁側(cè)FeAl3離散生長，且金屬間化合物層的厚度接近試驗測量結(jié)果。添加 Si元素時界面呈層狀向鋼側(cè)生長，添加 Mg元素時，