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

1、顆粒增強鋁基復(fù)合材料具有密度小，比強度、比剛度高，剪切強度高，熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能良好，以及抗磨耐磨性能和耐有機溶液和溶劑侵蝕優(yōu)良等一系列優(yōu)點，加之可用常規(guī)設(shè)備和工藝加工成型和處理，因而制備和生產(chǎn)鋁基復(fù)合材料比其他金屬基復(fù)合材料更為經(jīng)濟，易于推廣和應(yīng)用。因此，鋁基復(fù)合材料在各經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，并已受到普遍重視。但由于鋁基復(fù)合材料基體與增強相在物理化學(xué)性能上的巨大差異，導(dǎo)致其焊接性很差，已成為阻礙其大規(guī)模工業(yè)化

2、應(yīng)用的最大問題。針對該問題，國內(nèi)外學(xué)者進行了廣泛而深入的研究。目前，在鋁基復(fù)合材料的熔化焊方面，利用以Ti元素為主的多元合金作為填充材料抑制復(fù)合材料基體與增強相的界面反應(yīng)，并改善熔池冶金過程已成為共識。但仍存在很多不足和需要改進的地方。
　　 本文以SiCp/6061A1 MMC為研究對象，采用兩種工藝對其進行等離子弧原位合金化焊接：工藝(1)為以氬氮混合氣為離子氣，合金元素為Al-5Ti-3Si的藥芯焊絲為填充材料，該工藝下獲

3、得以A1N、TiN為主要新生增強相的焊接接頭；工藝(2)為以純氬為離子氣，合金元素為Al-15Ti-5Si的藥芯焊絲為填充材料，該工藝下獲得以Al3Ti為主要新生增強相的焊接接頭?；跓o源高通濾波電路原理設(shè)計一臺電弧超聲耦合器，實現(xiàn)交流焊接電源與超聲頻激勵電源之間的隔離與耦合，并成功在交流焊接電弧中激發(fā)出超聲波，將其應(yīng)用于上述兩種焊接工藝中。通過改變電弧超聲激勵頻率和激勵電壓，研究電弧超聲對新生增強相的形貌、數(shù)量、分布的影響以及作用規(guī)律

4、和作用機理。
　　 在焊接過程中施加不同頻率電弧超聲后發(fā)現(xiàn)，在工藝(1)中隨著電弧超聲激勵頻率的提高，焊縫中的新生Al3Ti相由條狀變?yōu)閴K狀，且AlN數(shù)量不斷增多并逐漸變得均勻。當(dāng)電弧超聲激勵頻率為60KHz時，得到具有優(yōu)良組織和性能的焊接接頭，接頭最大抗拉強度達到246MPa，比未施加電弧超聲時提高了約10％。在工藝(2)中施加電弧超聲后A13Ti相變得細小，當(dāng)電弧超聲激勵頻率為30KHz、50KHz和60KHz時，Al3Ti

5、相呈顆粒狀或塊狀均勻而分散地分布在基體組織中；而當(dāng)電弧超聲激勵頻率為20KHz、40KHz和70KHz時，Al3Ti相呈細長狀分布在焊縫組織中，某些細長相雖被擊碎，但仍沿原有位置呈斷續(xù)排布。當(dāng)激勵頻率為60KHz時，接頭組織與性能達到最優(yōu)，最大抗拉強度為263MPa，比未施加電弧超聲時提高了近20％。
　　 在焊接過程中施加不同激勵電壓的電弧超聲后發(fā)現(xiàn)，在工藝(1)中隨著電弧超聲激勵電壓的提高，焊縫中的Al3Ti相由長條狀變?yōu)榱?/p>

6、塊狀，且顆粒狀相的數(shù)量逐漸增多，并由細長的團聚分布逐步變?yōu)榫鶆虻姆稚⒎植?。?dāng)電弧超聲激勵電壓為40V時，接頭組織和性能最優(yōu)，抗拉強度為246MPa，達到了母材抗拉強度的77％。在工藝(2)中隨著激勵電壓的提高，焊縫中ALTi的數(shù)目增多，并分布趨于均勻，其形貌依次為：帶分叉的短棒狀、短棒狀、細長針狀和塊狀。但是，焊縫中TiC顆粒分布趨于團聚，所在位置從晶粒內(nèi)部向基體晶粒界面處過渡。當(dāng)電弧超聲激勵電壓為40V時，所得接頭組織和性能最佳，接頭