Invar合金的CMT表面毛化及其與純鋁的壓焊連接機(jī)理研究.pdf

1、鋁鋼復(fù)合接頭被用于鋁質(zhì)上層建筑與鋼質(zhì)主甲板連接，該接頭對(duì)強(qiáng)度要求很高。Invar合金線膨脹系數(shù)穩(wěn)定，機(jī)械性能很高，還具有耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，Invar合金與鋁的復(fù)合結(jié)構(gòu)的綜合性能高于普通鋁鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)。本文提出了采用CMT對(duì)Invar合金表面進(jìn)行毛化然后與純鋁壓焊連接的工藝方法，得到了高強(qiáng)度的接頭。研究了Invar合金CMT表面毛化工藝，并對(duì)壓焊過程升溫階段純鋁的塑性流動(dòng)、保溫階段界面反應(yīng)以及降溫階段產(chǎn)生的接頭殘余應(yīng)力做了系統(tǒng)分析，探

2、究了各階段對(duì)接頭性能的影響規(guī)律。
　　由于未有Invar合金與鋁焊接性系統(tǒng)研究的文獻(xiàn)資料，因此首先對(duì)Invar合金和純鋁進(jìn)行了直接擴(kuò)散焊焊接試驗(yàn)，得出Invar合金與純鋁接頭主要存在兩個(gè)無法避免的問題，一是無法避免接頭中金屬間化合物層的生成，二是接頭存在很大殘余應(yīng)力。
　　進(jìn)行Invar合金表面CMT毛化工藝試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了12種表面毛化形貌的制備，各形貌的焊釘組織良好，焊釘與Invar合金母材之間的單釘抗剪強(qiáng)度高于250MPa

3、。
　　然后進(jìn)行了CMT表面毛化處理的Invar合金與純鋁壓焊連接研究。研究了溫度和保溫時(shí)間對(duì)接頭界面以及接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，并進(jìn)行了12種不同毛化形貌的壓焊試驗(yàn)。接頭主要有兩種斷裂機(jī)制，斷裂機(jī)制Ⅰ斷裂在最外側(cè)焊釘截面的純鋁上，斷裂機(jī)制Ⅱ斷裂在壓焊接頭界面的金屬間化合物層上。壓焊接頭的拉剪強(qiáng)度在毛化形貌為2mm,3mm×3mm時(shí)達(dá)到最大，為64MPa，達(dá)到了本試驗(yàn)1060純鋁母材拉伸強(qiáng)度的90％以上。
　　采用有限元方法

4、對(duì)升溫階段焊釘扎入純鋁內(nèi)部時(shí)純鋁塑性流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示，存在一個(gè)臨界壓力使壓焊接頭內(nèi)部Inconel625焊釘與純鋁界面以及Invar合金與純鋁界面處的微小孔洞完全閉合。在接頭的外部邊界存在無法避免的大尺寸空洞。通過在外部邊界施加約束，可以有效解決這個(gè)問題。
　　采用有限元方法對(duì)降溫階段產(chǎn)生的接頭殘余應(yīng)力大小進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明接頭中焊釘之間的純鋁受三向拉伸應(yīng)力，塑性變形能力受到抑制，處于應(yīng)力脆化狀態(tài)，為薄弱部位