鋁-鍍鋅鋼板CMT熔—釬焊機(jī)理研究.pdf

1、隨著鋁及其合金在汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，鋁和鋼之間的連接便成為焊接領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。通過(guò)外加回抽力來(lái)實(shí)現(xiàn)短路過(guò)渡的CMT方法可以成功地以熔-釬焊的方式連接鋁和鍍鋅鋼板的搭接接頭，但是其連接機(jī)理尚不明確。因此，系統(tǒng)研究鋁和鍍鋅鋼板CMT熔-釬焊連接機(jī)理、接頭組織演化特征、界面反應(yīng)機(jī)理、電弧加熱行為以及鍍鋅層行為，不但可以豐富熔-釬焊焊縫成形理論，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。
　　采用電弧形態(tài)、熔滴

2、過(guò)渡視覺(jué)傳感系統(tǒng)以及電流電壓信號(hào)同步采集系統(tǒng)對(duì) CMT方法的能量輸入特點(diǎn)和熔滴過(guò)渡行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，CMT方法通過(guò)特殊的波形控制減小了電弧能量輸入，同時(shí)較低的短路電流也降低了短路階段產(chǎn)生的電阻熱，因此可以更精確地控制焊接熱輸入。CMT短路過(guò)渡過(guò)程中，將熔滴尺寸控制在一定范圍內(nèi)，防止滴狀過(guò)渡的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短路過(guò)渡。同時(shí)，穩(wěn)定的外加回抽力避免了大的電磁力和電爆炸，從而有效地消除了飛濺。
　　鋁/鍍鋅鋼板 CMT熔-釬焊搭接

3、接頭的界面組織分析表明，接頭界面主要由兩類(lèi)不同化合物相組成，分別是靠近鋼側(cè)厚度均勻的Fe2Al5相和靠近鋁側(cè)針片狀的FeAl3相。界面化合物層的厚度對(duì)焊接熱輸入非常敏感，當(dāng)焊接電流從66安培增加到85安培，界面化合物層的厚度可以從10μm左右增加到40μm以上，但是熱輸入的增加并沒(méi)有改變界面化合物層的構(gòu)成。
　　通過(guò)建立的電弧形態(tài)視覺(jué)傳感系統(tǒng)研究了鍍鋅層對(duì)電弧加熱行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小電流焊接時(shí)，鍍鋅層能夠起穩(wěn)定電弧的作用；隨著

4、焊接電流的增加，鍍鋅層開(kāi)始劇烈蒸發(fā)，從而使電弧邊緣上翹，減小了電弧和工件的接觸面積，進(jìn)而減小了焊接熱輸入。通過(guò)拍攝到的電弧形態(tài)對(duì)焊接中的比熱流分布形狀進(jìn)行擬合，然后采用擬合的熱源模型模擬了焊接中的溫度分布特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)相同焊接參數(shù)下與非鍍鋅的Q235鋼板相比，在鍍鋅鋼板上堆焊時(shí)鍍鋅層的蒸發(fā)可以使界面最高溫度降低200℃，溫度的降低也直接減小了界面脆性化合物層的厚度。
　　CMT熔-釬焊連接鋁板和鍍鋅鋼板時(shí)，鋼板并沒(méi)有熔化，因此界面反應(yīng)

5、的實(shí)質(zhì)是液態(tài)鋁和固態(tài)鐵之間的反應(yīng)。根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，鋁鋼界面上可以生成FeAl、Fe2Al5以及 FeAl3三種化合物相。通過(guò)對(duì)建立的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行求解，可以發(fā)現(xiàn)，在液態(tài)鋁/固態(tài)鐵的界面上，F(xiàn)e2Al5化合物相的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于FeAl相和FeAl3相。因此，當(dāng)液態(tài)鋁和固態(tài)鐵接觸的瞬間，F(xiàn)e2Al5化合物相便快速生長(zhǎng)，而靠近鋁側(cè)的針片狀的FeAl3相則在冷卻的過(guò)程中結(jié)晶析出。
　　采用被動(dòng)視覺(jué)傳感和復(fù)合濾光技術(shù)建立的傳感系

6、統(tǒng)，獲取了焊接過(guò)程中清晰的鋼板表面特征圖像。對(duì)比分析在 Q235鋼板表面堆焊和鍍鋅鋼板表面堆焊時(shí)的表面特征差異，發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中電弧下方的鍍鋅層并沒(méi)有被完全蒸發(fā)，未蒸發(fā)的鍍鋅層可以熔化，從而在鋼板表面形成瞬時(shí)的液態(tài)薄膜，液膜的存在改變了釬料的平衡潤(rùn)濕條件，使其在鋼板表面充分鋪展，提高了焊縫成形質(zhì)量。
　　提出了利用“表面瞬時(shí)液膜”改變釬料潤(rùn)濕條件的方法，在 Q235鋼板表面刷涂鋅層后，實(shí)現(xiàn)了與鋁板的連接，接頭成形美觀，抗剪強(qiáng)度達(dá)到了