鋁合金-不銹鋼TIG熔-釬焊界面控制研究.pdf

1、鋁合金與不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)具有質(zhì)輕、高強、耐腐蝕等方面的綜合優(yōu)勢，在航空航天、交通運輸、國防等部門有著越來越重要的應(yīng)用。然而兩者之間固溶度低，熱物理性能差異大，且極易反應(yīng)生成脆性的金屬間化合物，這已成為焊接領(lǐng)域的難點問題。近年來，電弧熔-釬焊方法以其便捷、高效化的焊接性成為鋁/鋼異種材料連接中的熱門研究方向。促進液態(tài)釬料在鋼表面的潤濕鋪展，并且控制界面脆性金屬間化合物的生長，是獲得優(yōu)質(zhì)鋁/鋼接頭的關(guān)鍵問題。
　　本課題在前期預(yù)涂層開

2、發(fā)和工藝實驗的基礎(chǔ)上，研究了合金元素對界面層結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，分析了其控制界面化合物層生長的作用機理，提高鋁/鋼異種金屬連接接頭的綜合性能。結(jié)合焊接溫度場進行界面層生長行為的研究，揭示了TIG熔-釬焊界面層的生長機制。
　　首先研究了不同含量Cu元素對界面結(jié)構(gòu)的影響，揭示了其控制界面層生長的作用機理，并且深入分析了Cu元素含量為6wt％時接頭的微觀結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性能。在采用Al-Cu6釬料時，界面層呈須狀生長，厚度在2-5μm

3、之間，由θ-Al13(Fe,Cu)4相組成，界面層具有較高的抗裂性，接頭的抗拉強度在150-170MPa之間。Cu元素是通過置換固溶于θ-Al13(Fe,Cu)4相中抑制其擇優(yōu)取向來控制化合物層生長的，Cu含量在6wt%左右時，接頭具有最佳的力學(xué)性能。
　　在Al-Cu6釬料中分別添加了La、Zr、Ag三種微量元素，分析了三種微量元素對接頭組織和力學(xué)性能的影響。分析發(fā)現(xiàn) La元素的加入對界面層組織的影響很??；Zr元素對界面層和焊縫

4、都有明顯的細化作用；Ag元素的加入使接頭在焊縫中出現(xiàn)了微小的裂紋。結(jié)果顯示： Al-Cu-La釬料下力學(xué)性能與Al-Cu6相當(dāng)，Al-Cu-Zr釬料下接頭的力學(xué)性能提高，Al-Cu-Ag釬料下接頭的力學(xué)性能下降。
　　最后運用MARC有限元軟件實現(xiàn)了對異種材料TIG熔-釬焊界面溫度場的數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上進一步對界面層的生長機制進行研究。溫度場模擬結(jié)果顯示，固-液界面溫度分布不均勻，坡口頂部位置與底部位置溫度相差近300℃，加熱時