SiCp-6061Al基復(fù)合材料電弧超聲等離子弧原位焊接工藝研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鋁基復(fù)合材料(Al MMCs)以其高的比強(qiáng)度、比剛度、比模量、優(yōu)異的耐磨性能，良好的耐高溫性能以及在性能和加工方面較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，在航天、航空、汽車工業(yè)、光學(xué)儀器和體育用品等領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用并取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，顯示出良好的發(fā)展前景。但是，鋁基復(fù)合材料的焊接性很差，阻礙了其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，鋁基復(fù)合材料的焊接技術(shù)是其走向工業(yè)化必須解決的問題。針對這個問題，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的、深入的研究，抑制脆生相

2、Al4C3的生成是實(shí)現(xiàn)SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料成功焊接的關(guān)鍵所在；另外，要實(shí)現(xiàn)鋁基復(fù)合材料焊接的實(shí)用化，還要解決造成接頭強(qiáng)度不高的一系列問題，如氣孔、微觀裂紋、增強(qiáng)顆粒分布不均勻等。
　　 本文以SiCp/6061Al MMCS為研究對象，研究了合金填充材料及電弧超聲對其等離子弧焊接(以Ar+N2為離子氣、Ar為保護(hù)氣)接頭組織與性能的影響。研究結(jié)果表明，填充直徑1.2 mm鈦實(shí)心焊絲時，有效抑制了脆性相Al4C3的形成，且在焊縫

3、中形成了TiN、TiC和AlN等新的增強(qiáng)相，從而保證了焊接接頭的性能。但新生相Al3Ti形貌粗大，AlN呈細(xì)長針狀，TiC和TiN顆粒偏聚等缺陷，仍制約著接頭性能提高。通過對等離子電弧進(jìn)行高頻調(diào)制激發(fā)出電弧超聲后，所得到的焊接接頭組織明顯細(xì)化，Al3Ti相尺寸減小，且數(shù)量減少，TiN、TiC和AlN等顆粒呈規(guī)則細(xì)小顆粒狀，且數(shù)量顯著增加，分布均勻。不同激勵頻率作用下所得的接頭性能也不同，拉伸試驗(yàn)表明加入50KHz超聲時拉伸強(qiáng)度最大，可達(dá)

4、到225MPa，約為母材的70％，比未加超聲時調(diào)高了約7％。
　　 以Al-Ti-Mg藥芯焊絲作為填充材料，焊縫組織中沒有發(fā)現(xiàn)脆生相Al4C3，新生相顆粒AlN、TiN和TiC等細(xì)小，但偏聚嚴(yán)重，當(dāng)焊絲中Mg含量≥15％時電弧燃燒不穩(wěn)，飛濺嚴(yán)重，焊縫成型差；當(dāng)Mg≤5％時，電弧能穩(wěn)定燃燒，無飛濺，焊縫外觀成形良好，焊縫組織致密，強(qiáng)度達(dá)到214 MPa。施加50KHz電弧超聲后AlN、TiN和TiC等顆粒較為細(xì)小，且分布均勻，強(qiáng)度

5、和韌性都有一定的提高，強(qiáng)度提高到236 MPa，為母材的73.8％，拉伸斷口表現(xiàn)出較好的韌性，但總體上體現(xiàn)出脆性斷裂形貌。
　　 以Al-Ti-Si藥芯焊絲作為填充材料，焊縫組織中沒有發(fā)現(xiàn)Al4C3的存在，Al3Ti相的尺寸明顯減小，焊縫組織致密，沒有氣孔、微觀裂紋等缺陷，接頭硬度曲線較為平滑，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了231 MPa，為母材強(qiáng)度的72.2％。電弧超聲的加入，使得新生顆粒細(xì)化，且彌散分布于基體中，無氣孔，裂紋等缺陷，拉伸強(qiáng)度