顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料焊接工藝與機(jī)理研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度和比模量高、耐磨、耐腐蝕、抗輻射及尺寸穩(wěn)定性好等許多優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、兵器等國防工業(yè)和汽車、電子等民用工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今金屬基復(fù)合材料研究和發(fā)展的主流。然而，由于復(fù)合材料的增強(qiáng)體與基體之間的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)等熱物理性能參量存在巨大差異，使得鋁基復(fù)合材料的焊接性很差，采用常規(guī)的熔化焊方法焊接該類材料，焊縫表面成形不好，且易在焊縫金屬中產(chǎn)生氣孔、夾雜和微裂紋等缺陷，對于SiCp/Al復(fù)

2、合材料，還會在增強(qiáng)體SiC顆粒與基體Al合金之間發(fā)生界面反應(yīng)，生成脆性化合物Al4C3，嚴(yán)重降低接頭力學(xué)性能。 針對鋁基復(fù)合材料焊接過程的特點(diǎn)，本文在全面總結(jié)鋁基復(fù)合材料焊接過程中存在的問題基礎(chǔ)上，以顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料Al2O3p/6061Al、SiCp/2124Al等作為研究對象，系統(tǒng)研究了顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的脈沖氬弧焊焊接性及氬氣保護(hù)條件下Al2O3p/6061Al爐中釬焊的可行性。通過采用不同填充材料及不同規(guī)范參數(shù)焊接

3、工藝試驗(yàn)，以及對獲得接頭采用光學(xué)金相分析、拉伸斷口掃描電鏡（SEM）觀察和接頭X射線衍射（XRD）相結(jié)構(gòu)分析，探討了接頭形成過程的機(jī)理以及獲得高質(zhì)量焊接接頭應(yīng)采取的措施。 論文提出了在脈沖氬弧焊過程中采用合金化填充材料，通過合金元素Ti發(fā)生誘發(fā)反應(yīng)的方法，以抑制SiC/Al之間的界面反應(yīng)，同時新生成的TiC粒子又可作為增強(qiáng)體，從而提高接頭強(qiáng)度。焊接過程中，微量脈沖的加入，一方面可減少焊接時對熔池的熱輸入，有利于減輕界面反應(yīng)；另一

4、方面可增強(qiáng)對熔池金屬的攪拌作用，改善焊縫金屬的流動性，有利于氣體的析出，減少焊縫金屬中氣孔的形成，并使焊縫表面成形良好。研究結(jié)果表明，采用脈沖誘發(fā)反應(yīng)的方法焊接SiCp/Al復(fù)合材料，獲得的接頭表面成形良好。金相組織觀察顯示，接頭內(nèi)部組織致密，未發(fā)現(xiàn)有氣孔、夾雜和微裂紋等缺陷；拉伸實(shí)驗(yàn)及接頭顯微硬度測試表明，接頭強(qiáng)度等力學(xué)性能沒有大幅度下降，說明該方法用于焊接顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可行。接頭X射線衍射相結(jié)構(gòu)分析檢測到焊縫金屬中存在TiC等

5、增強(qiáng)相，進(jìn)一步證實(shí)誘發(fā)反應(yīng)的真實(shí)性。 對氬氣保護(hù)條件下Al2O3p/6061Al爐中釬焊性研究表明，采用氬氣保護(hù)爐中釬焊顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，具有操作簡單，釬焊溫度低，焊接變形小，去膜效果好等特點(diǎn)，通過采用合理的釬料、釬劑組合以及優(yōu)化釬焊工藝參數(shù)，可以獲得良好的釬焊接頭質(zhì)量。對釬焊接頭形成過程的機(jī)理研究表明，釬焊過程中采用惰性氣體Ar保護(hù)以及對接頭施加微壓力可大大改善釬料對母材的潤濕性，促進(jìn)釬料與母材中合金元素的相互擴(kuò)散，進(jìn)一步