CMT條件下鋁在不同板材上潤濕行為及數(shù)值模擬.pdf

1、鋁-鋼、鋁-鈦及鋁-銅的連接件被廣泛地應(yīng)用于汽車、航天航空、軍工及家電等行業(yè)，但在實際生產(chǎn)中鋁-鋼、鋁-鈦、鋁-銅易形成硬脆的金屬間化合物，降低接頭性能。與此同時，異種金屬接頭的良好性能和焊接過程中熔滴與母材的潤濕鋪展及界面反應(yīng)緊密相關(guān)，但在實際連接過程中對熔滴金屬潤濕的控制及表征較為困難。因此，在減少金屬間化合物量的前提下，需改善熔滴和母材的潤濕鋪展并對其進(jìn)行定量分析。
　　在CMT（Cold Metal Transfer）條件

2、下，通過實驗和數(shù)值模擬兩種手段對熔滴和母材的潤濕鋪展進(jìn)行分析。首先，實驗采用激光背光和 CCD數(shù)碼相機(jī)，以動態(tài)座滴法分析了 AlSi5合金分別在 TA2鈦板和 T2銅板上的潤濕行為。結(jié)果表明：鋁-鈦、鋁-銅在CMT條件下潤濕行為的變化（接觸角和接觸半徑隨時間的變化）及最終的潤濕性與鈦板、銅板表面氧化膜的清理程度有關(guān)。在僅機(jī)械清理鈦板、銅板表面氧化膜的情況下，少量氧化膜會在 AlSi5合金潤濕鋪展初期起到阻礙作用，表現(xiàn)為三相線阻滯。同時氧

3、化膜降低了界面反應(yīng)性，使得在同一焊接參數(shù)下機(jī)械和化學(xué)共同清理下的界面反應(yīng)程度較僅機(jī)械清理下的界面反應(yīng)劇烈。與僅機(jī)械清理鈦板、銅板表面氧化膜下的潤濕結(jié)果相比，在機(jī)械和化學(xué)共同清理下，AlSi5合金在鈦板和銅板上的潤濕性更好，且在潤濕行為中不發(fā)生三相線阻滯。
　　其次，采用VOF（Volume of Fluid）三相流模型和凝固熔化模型進(jìn)行數(shù)值模擬，建立了熔融 AlSi5合金在基板上（鋼板、鈦板和銅板）的潤濕鋪展模型，并分別計算了在C

4、MT條件下不同送絲速度下第一個循環(huán)周期內(nèi)熔融 AlSi5合金在不同板材上的潤濕行為。結(jié)果表明：影響熔融 AlSi5合金在不同基板上潤濕鋪展的主要因素為溫度場分布。由于存在熱量交換，AlSi5合金在鈦板和鋼板上鋪展時，AlSi5合金首先在三相線處發(fā)生凝固，然后向 AlSi5合金中心蔓延。而 AlSi5合金在銅板上鋪展時，AlSi5合金直接在底部發(fā)生凝固，然后逐漸向上蔓延。AlSi5合金在鋼板、鈦板和銅板上鋪展時，已凝固AlSi5合金對其自

5、身鋪展有一定阻礙作用。此外，隨送絲速度的增加，AlSi5合金在鋼板、鈦板和銅板上的潤濕性也變好。
　　最后，對 AlSi5合金在鋼板、鈦板和銅板上的潤濕結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)隨板材導(dǎo)熱系數(shù)的降低（銅板>鋼板>鈦板），同一時刻下AlSi5合金在板材上鋪展時的溫度越高，已凝固AlSi5合金的量越少，表現(xiàn)為AlSi5合金在板材上的潤濕性越好。通過分析AlSi5合金在不同板材上潤濕時接觸角和毛細(xì)數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其接觸角隨毛細(xì)數(shù)的增加呈線性減小。