鋁合金-不銹鋼TIG熔釬焊接頭顯微組織和力學(xué)性能研究.pdf

1、鋁合金具有比重小、導(dǎo)電性好、耐蝕性好的特點(diǎn)，鋼具有高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，鋁合金/鋼異種材料焊接接頭能夠結(jié)合鋁合金與鋼兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，并以減輕結(jié)構(gòu)重量和節(jié)約能源的優(yōu)勢被廣泛地應(yīng)用在汽車制造、航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。但是鋁合金與鋼之間熱物理性能差異較大，焊接過程中又會生成脆性Fe-Al金屬間化合物，這使鋁合金/鋼異種金屬的連接成為焊接領(lǐng)域的一個(gè)難題。
　　本文采用Al-12wt.％Si藥芯焊絲在不同的焊接工藝參數(shù)下進(jìn)行了純鋁/304不銹鋼T

2、IG熔釬焊搭接試驗(yàn)，探究焊接工藝參數(shù)對接頭組織和性能的影響;使用Al-12wt.％Si實(shí)芯焊絲并通過向改性釬劑中加入ZnO粉末的方式，研究ZnO粉末對5052鋁合金/304不銹鋼TIG熔釬焊搭接接頭組織和性能的影響;最后采用計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)軟件FLUENT，建立了鋁合金/鋼TIG熔釬焊搭接數(shù)學(xué)模型，對溫度場和流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)焊接電流為50A，焊接速度為60mm/min時(shí)，純鋁/304不銹鋼接頭抗拉

3、強(qiáng)度為92MPa，達(dá)到鋁母材強(qiáng)度的73％，斷裂在鋁母材熱影響區(qū);在電弧力的作用下界面層呈現(xiàn)出兩種形態(tài):接頭的根部和中部界面層比較均勻而頭部界面層呈鋸齒狀，且焊縫中分布著片狀和漢字狀的相;界面層與片狀和漢字狀的相均為τ5-Al7.4Fe2Si。
　　對于5052鋁合金/304不銹鋼熔釬焊接頭，在相同焊接工藝參數(shù)下，界面處金屬間化合物層的厚度存在一個(gè)臨界值，約為5-8μm，當(dāng)金屬間化合物層的厚度超過該臨界值時(shí)，金屬間化合物層會被輕易擊

4、碎，然后殘留的金屬間化合物層繼續(xù)生長，直至達(dá)到臨界厚度。當(dāng)釬劑中加入ZnO粉末后，液態(tài)鋁合金與ZnO粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Al2O3，影響了界面處金屬間化合物層的生長，造成界面層整體剝落;Al2O3以夾渣的形式存在于焊縫中，弱化了接頭性能。當(dāng)釬劑中不加ZnO粉末時(shí)，5052鋁合金/304不銹鋼接頭抗拉強(qiáng)度為139MPa;釬劑中加入20wt.％ZnO粉末后，接頭抗拉強(qiáng)度降低至90MPa。根據(jù)EPMA定量分析結(jié)果，鋁合金/不銹鋼界面層（包括剝

5、落層）、焊縫中的塊狀相和枝狀相均為[Fe，Cr，Si]2Al5。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明，鋁合金/鋼TIG熔釬焊溫度場呈非對稱分布，鋼側(cè)溫度梯度大于鋁側(cè)溫度梯度，熔池中心的最高溫度為1218K。在鋼板上表面，鋼與鋁之間的換熱要強(qiáng)于鋼母材與空氣之間的換熱，致使搭接區(qū)域的高溫區(qū)范圍大、溫度梯度小，非搭接區(qū)的高溫區(qū)范圍小、溫度梯度大。熔池內(nèi)流體最大流速為0.449m/s，流體流動較為劇烈，所形成的渦流會導(dǎo)致熔池內(nèi)低沸點(diǎn)金屬蒸發(fā)，在焊縫中形