鋼鋁異種金屬交流雙脈沖焊接接頭組織及性能研究.pdf

1、在能源缺乏和環(huán)境惡化日益嚴(yán)重的中國(guó)，如何減少運(yùn)輸工具的自身重量，提高其運(yùn)載能力的同時(shí)減少化石能源的消耗，降低對(duì)環(huán)境的影響成為了汽車(chē)工業(yè)和航空工業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。以鋁合金為代表的輕金屬具有比強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，自身密度低等優(yōu)點(diǎn)，可部分替代鋼鐵來(lái)制備結(jié)構(gòu)部件。但是在服役條件比較惡劣，需要承受較重且變化較大的動(dòng)載荷，需要在溫度較高或較低條件下工作的零部件依然需要由鋼鐵來(lái)制備，以保證其在使用過(guò)程中的安全性和可靠性，因此鋁合金與鋼鐵的連接技術(shù)已成為目

2、前研究的熱點(diǎn)。鋼在鋁中的固溶度幾乎為零，在鋼鋁界面處產(chǎn)生多種硬而脆的金屬間化合物；鋼與鋁的熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)，熔點(diǎn)的巨大差距導(dǎo)致接頭焊后變形嚴(yán)重，存有殘余應(yīng)力甚至熱裂紋；而且在鋼鋁焊縫內(nèi)容易形成的氣孔和夾雜物。這些因素嚴(yán)重制約著鋼鋁接頭的力學(xué)性能，是目前鋼鋁連接中的難點(diǎn)。
　　本研究采用了交流雙脈沖MIG焊來(lái)制備鋼鋁搭接接頭。通過(guò)周期性改變焊絲極性和添加低頻脈沖，交流雙脈沖MIG焊形成的熔池溫度低于傳統(tǒng)的直流脈沖MIG焊形成熔池的

3、溫度，減小了鋼鋁界面處脆性金屬間化合物的厚度和接頭界面處的殘余應(yīng)力，提高了鋼鋁搭接接頭的最大拉伸強(qiáng)度。在交流雙脈沖 MIG焊制備的鋼鋁接頭中，由于焊縫不同位置冷卻速度的差異，焊縫根部脆性相的厚度低于焊縫中部脆性相的厚度，且根部金屬間化合物層的厚度和形貌決定了裂紋產(chǎn)生的難易以及接頭的最大拉伸強(qiáng)度。
　　交流雙脈沖MIG焊在制備鋼鋁搭接接頭中，焊接電壓、焊接電流與焊接速度的比值決定焊接過(guò)程中的熱輸入量，鋼鋁界面處金屬間化合物層的厚度隨

4、熱輸入量的增加而線性增加。在熱輸入量基本相同條件下，焊接電壓、焊接電流與焊接速度的增加，提高了熔池的溫度以及熔池高溫停留時(shí)間，金屬間化合物層的厚度也略微增大。在本研究中，金屬間化合物層的厚度是影響鋼鋁搭接接頭的最大拉伸強(qiáng)度的主要因素，鋼鋁接頭的最大拉伸強(qiáng)度隨金屬間化合物層厚度的減少而增大。在焊絲中添加的Si元素能夠通過(guò)置換的方式進(jìn)入到金屬間化合物層內(nèi)部，阻礙Al元素的擴(kuò)散，抑制金屬間化合物層的生長(zhǎng)；且金屬間化合物層的厚度以及整個(gè)接頭的力

5、學(xué)性能隨著進(jìn)入金屬化合物層中Si元素的量的增加而減少。
　　交流雙脈沖MIG焊制備鋼鋁搭接接頭過(guò)程中的熔池溫度較低，同時(shí)熔池中存在金屬湍流，這一特征影響了氣孔逃逸的過(guò)程，導(dǎo)致更多的氣孔被束縛在焊縫中部，增大了鋼鋁接頭的孔隙率和氣孔敏感性。在由直流脈沖MIG焊制備鋼鋁搭接接頭中，氣孔的數(shù)量相對(duì)較少但氣孔的尺寸較大，且更傾向于分布在靠近焊縫上表面的區(qū)域。
　　鋼鋁接頭鋁合金焊縫處為鑄態(tài)組織，存在大量的析出相，鋼鋁搭接接頭的腐蝕主