鋁-鈦和鋁-熱擠壓鋼異種金屬CMT焊接性分析.pdf

1、鋁/鈦和鋁/鋼的異種金屬的復(fù)合構(gòu)件可以綜合利用不同材料的性能優(yōu)勢(shì)，因而在航空航天及汽車等工業(yè)領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用潛能。但是由于異種金屬間存在較大的物理、化學(xué)及冶金性能的差異，焊接時(shí)兩種元素間易產(chǎn)生脆硬的金屬間化合物相，嚴(yán)重影響焊接接頭的力學(xué)性能，所以抑制金屬間化合物的生長(zhǎng)成為異種金屬焊接時(shí)的主要問(wèn)題。
　　對(duì)于鋁/鈦異種金屬，本文主要采用冷金屬過(guò)渡技術(shù)對(duì)AA6061-T6鋁合金和Ti-6Al-4V鈦合金母材進(jìn)行搭接焊，并以AlSi

2、5焊絲作為填充金屬。焊接過(guò)程中采用兩種搭接方式:如果采用鋁板在上鈦板在下的搭接方式時(shí)，焊縫成形較差，且焊接電弧不穩(wěn)定，飛濺也較大;而當(dāng)采用鋁板在下鈦板在上的搭接方式時(shí)，焊縫金屬在板材上的潤(rùn)濕鋪展性較好，焊縫連續(xù)光滑，焊后試件幾乎沒(méi)有變形。所以本研究重點(diǎn)對(duì)采用鈦板在上而鋁板在下時(shí)CMT焊接接頭的力學(xué)性能和微觀組織進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所得到的鋁/鈦異種金屬的CMT焊接接頭為典型的熔釬焊接頭。焊接過(guò)程中，低熔點(diǎn)的鋁母材發(fā)生了熔化，與填充

3、金屬混合凝固為熔焊接頭;而高熔點(diǎn)的鈦母材則沒(méi)有發(fā)生熔化，通過(guò)原子間的相互擴(kuò)散而與焊縫金屬作用形成了三個(gè)釬焊連接界面。對(duì)于熔焊接頭，接頭的微觀組織主要為α-Al晶粒以及網(wǎng)狀的Al-Si共晶組織所組成;釬焊界面的組成物相對(duì)較復(fù)雜，三個(gè)釬焊界面由于反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的不同，界面金屬間化合物生長(zhǎng)的厚度也有所不同，但化合物的種類卻基本相同，其主要分為靠近鈦母材一側(cè)的較薄的連續(xù)層和靠近焊縫金屬一層的鋸齒狀的非連續(xù)層。釬焊界面處有不同的Ti-Al金屬

4、間化合物生成，從焊縫金屬到鈦板母材主要依次為TiAl3、 TiAl及Ti3Al。另外，在焊接的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)Si元素在釬焊界面處富集，可以抑制金屬間化合物層的過(guò)快生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)接頭力學(xué)性能的分析，可以發(fā)現(xiàn)焊絲偏移量對(duì)接頭力學(xué)性能影響最大。隨著偏移量由0mm增加到1.5mm，接頭的力學(xué)性能逐漸增加。拉伸過(guò)程中接頭有兩種斷裂方式，即熔-釬焊界面處和鋁母材的熱影響區(qū)，且斷裂在鋁母材熱影響區(qū)時(shí)接頭的力學(xué)性能明顯較好，接頭的最大拉伸強(qiáng)度為194N

5、/mm。
　　對(duì)于鋁合金與不同鍍層的熱擠壓鋼，本文采用CMT的搭接方式對(duì)其進(jìn)行連接，焊接過(guò)程中同樣用AlSi5焊絲作為填充金屬，主要考察不同的鍍層對(duì)鋁板和鋼板焊接過(guò)程的影響。結(jié)果表明，使用純鋅鍍層的鋼板與鋁板進(jìn)行焊接時(shí)，電弧作用下鍍層完全熔化，促進(jìn)了焊縫金屬在鋼板表面的潤(rùn)濕鋪展，因而可以得到光滑連續(xù)且焊縫余高較低的焊縫成形。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)此種接頭進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，在焊速為6mm/s下，當(dāng)送絲速度為3m/min，焊絲偏移量為2mm及弧長(zhǎng)

6、修正為20％的情況之下，可以得到最佳的焊縫成形以及焊接力學(xué)性能。所得到的焊接接頭具有熔釬焊的性質(zhì)，主要包括富鋅區(qū)、釬焊界面區(qū)、焊縫金屬等，釬焊界面由厚度較薄(4-8μm)的Fe-Al金屬間化合物組成。對(duì)于Fe-Zn鍍層的鋼板和鋁板的焊接，由于鍍層金屬本身的熔點(diǎn)較高，因而焊接過(guò)程中并沒(méi)有完全發(fā)生熔化，致使焊縫金屬在鋼板表面的潤(rùn)濕鋪展較差，所以不能得到有效的焊接接頭。使用Al-Si鍍層和沒(méi)有鍍層的裸鋼板和鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)，焊接過(guò)程中鋼板發(fā)生