粉末成分對(duì)鋁-鋼異種金屬激光填粉焊接質(zhì)量的影響.pdf

1、鋁/鋼異種金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)兼顧了前者質(zhì)量輕、耐腐蝕、易加工和后者強(qiáng)度高、塑性、韌性好等優(yōu)良性能，在現(xiàn)代制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但兩種材料在物理和化學(xué)性能上存在著巨大的差異，導(dǎo)致鋁/鋼熔焊存在諸多困難。與普通熱源相比，激光束具有極高的功率密度，作用面積小，焊后接頭的應(yīng)力、應(yīng)變小，是異種金屬焊接的理想方法之一。本文以激光深熔焊為原理采用預(yù)置粉末和添加夾層金屬的方式對(duì)鋁合金和鋼進(jìn)行對(duì)接焊試驗(yàn)，試驗(yàn)中將激光束偏向鋼板一側(cè)。預(yù)置粉末成分為硅粉，硼粉

2、，1％濃度的鋁基稀土粉末，夾層金屬為純銅箔。
　　研究了主要工藝參數(shù)對(duì)鋁/鋼激光對(duì)接焊焊縫成型的影響。觀察不同粉末作用下的焊縫微觀組織，測試了主要元素的分布情況和界面反應(yīng)層的物相組成。討論了不同粉末對(duì)接頭力學(xué)性能的影響，并分析了不同粉末成分控制界面反應(yīng)層生長的作用。結(jié)果表明:硅元素能夠細(xì)化焊縫組織，增加熔池流動(dòng)性，界面處形成了Fe4(Al，Si)13、Fe2(Al，Si)5、Fe3Si金屬間化合物。Fe3Si的形成抑制了層狀Fe2

3、Al5的生長，使接頭拉伸強(qiáng)度提高了84.4％。硼元素能夠細(xì)化熔化區(qū)組織，在界面反應(yīng)層中，B原子以間隙固溶的方式進(jìn)入到Fe2Al5晶界內(nèi)電子密度稀薄的位置，使電荷分布更加均勻，位錯(cuò)可動(dòng)性提高，進(jìn)而增加了Fe2Al5的塑性。同時(shí)，B原子在Fe2Al5晶界中的聚集，阻塞了Fe原子向α-Al中的擴(kuò)散通道，減少了Fe4Al13的形成，并使殘余的針狀Fe4Al13相趨于圓整，接頭強(qiáng)度提高了1.18倍。稀土鈰能與焊縫中的O，S原子結(jié)合形成Ce2O3，

4、Ce2O2S和CeS細(xì)小的高熔點(diǎn)化合物并細(xì)化焊縫組織。稀土鈰由于極強(qiáng)的化學(xué)活潑性富集在層狀Fe2Al5周圍，阻礙Fe元素向Al焊縫內(nèi)擴(kuò)散，抑制了針狀Fe4Al13化合物的形成。同時(shí)，稀土鈰與Al元素形成的高熔點(diǎn)化合物充當(dāng)異質(zhì)形核劑使Fe2Al5相得到細(xì)化，接頭強(qiáng)度提高了16.7％。添加銅箔夾層的焊縫中，銅箔形成了鋁、鋼間的過度橋梁，使對(duì)接面處鋁/鋼物理性質(zhì)過度平緩，有效降低了界面處液態(tài)金屬的溫度梯度和熱傳遞速率。因此熔池的高溫停留時(shí)間延