鋁-鋼異種金屬電弧熔釬焊焊接接頭性能研究.pdf

1、本文采用脈沖旁路耦合電弧GMAW焊(Pulsed Double-electrode gas metal arc welding，Pulsed DE-GMAW)的方法對(duì)鋁/鋼異種金屬進(jìn)行了熔釬焊。
　　深入研究了合金元素Si和Zn對(duì)鋁/鋼異種金屬熔釬焊焊接接頭組織的影響；研究了合金元素Si和Mg對(duì)焊接接頭力學(xué)性能及斷裂行為的影響；并對(duì)鋁/鋼焊接接頭的腐蝕性能進(jìn)行了研究,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了退火熱處理對(duì)焊接接頭腐蝕性能的影響；最后，

2、對(duì)鋁/鋼焊接接頭的疲勞性能進(jìn)行了初步探索。
　　用Al-Si鋁合金焊絲對(duì)5052鋁合金/鍍鋅鋼異種金屬進(jìn)行了搭接焊。通過掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)對(duì)所獲得的鋁/鋼連接界面進(jìn)行了分析與研究，發(fā)現(xiàn)焊接接頭焊趾處是一個(gè)鋅的富集區(qū)，通過對(duì)該區(qū)域組織進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)焊趾處的物相由靠近鋼側(cè)的Fe2Al5Zn0.4和焊縫中的Al-Zn固溶體組成。焊縫中的硅元素參與了界面處化合物層的反應(yīng)并生成了Al8Fe2Si三元金

3、屬間化合物，該三元金屬間化合物沿著焊縫側(cè)金屬間化合物FeAl3的邊緣分布。進(jìn)一步線掃描發(fā)現(xiàn)硅元素在整個(gè)界面反應(yīng)層中有明顯富集現(xiàn)象。此外，在測試結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)Fe-Al-Si三元金屬間化合物的生長過程進(jìn)行了探討。
　　分別用Al-Si、Al-Mg鋁合金焊絲對(duì)5052鋁合金/鍍鋅鋼異種金屬進(jìn)行了搭接焊。對(duì)鋁/鋼連接界面、接頭斷裂行為及斷口形貌進(jìn)行了分析與研究，發(fā)現(xiàn) Al-Mg焊絲焊接接頭的浸潤角要大于Al-Si焊絲焊接接頭的浸潤角，合

4、金元素Si既可改變界面反應(yīng)層金屬間化合物的形態(tài)同時(shí)還可顯著減少 Fe2Al5層的厚度。通過拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) Al-Mg焊絲焊接接頭主要斷裂于界面反應(yīng)層，屬于脆性斷裂；Al-Si焊絲焊接接頭主要斷裂于鋁熔合區(qū)，是以韌性斷裂為主的混合斷裂。對(duì)Al-Si焊絲焊接接頭的顯微硬度測試發(fā)現(xiàn)鋁熱影響區(qū)組織的顯微硬度明顯低于其它區(qū)域的顯微硬度，這導(dǎo)致Al-Si焊絲焊接接頭主要斷裂于鋁熔合區(qū)。
　　分別用Al-Si、Al-Mg鋁合金焊絲對(duì)鋁合金1060

5、/鍍鋅鋼異種金屬進(jìn)行了搭接焊。通過浸泡腐蝕試驗(yàn)和電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)對(duì)焊接接頭的腐蝕性能進(jìn)行了研究，用SEM對(duì)腐蝕試驗(yàn)后焊接接頭的腐蝕形貌進(jìn)行了觀察與分析。浸泡腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，浸泡在腐蝕介質(zhì)中的焊接接頭發(fā)生了電偶腐蝕，焊接接頭的鋼基體發(fā)生了全面腐蝕但焊縫金屬只發(fā)生了輕微腐蝕且隨著焊接過程中對(duì)母材熱輸入的增大焊接接頭的腐蝕速率增加。鋁/鋼焊接接頭界面反應(yīng)層的Al-Fe金屬間化合物與鋼基體及焊縫金屬會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕降低焊接接頭的腐蝕性能，因此，該Al

6、-Fe金屬間化合物的形成需要去避免。通過對(duì)比分析不同焊絲焊接接頭的腐蝕性能發(fā)現(xiàn)，Al-Si焊絲焊接接頭的腐蝕速率要略大于Al-Mg焊絲焊接接頭的腐蝕速率。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊接接頭鋅的富集區(qū)最容易發(fā)生腐蝕，同時(shí)，在測試結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)焊接接頭鋅的富集區(qū)進(jìn)行了面掃描，結(jié)果表明在鋅富集區(qū)鋅含量較高的區(qū)域其腐蝕最為嚴(yán)重。
　　用Al-Si鋁合金焊絲對(duì)鋁合金1060/鍍鋅鋼異種金屬進(jìn)行了搭接焊，分別在270℃、350℃下對(duì)鋁/鋼焊接接頭進(jìn)行

7、了退火處理。通過對(duì)比退火前后鋁/鋼焊接接頭的腐蝕性能發(fā)現(xiàn)，退火處理后鋁/鋼焊接接頭的腐蝕性能有所下降，且退火溫度越高，接頭腐蝕性能的下降越顯著。通過對(duì)比退火前后焊接接頭不同區(qū)域的組織發(fā)現(xiàn)，退火熱處理后焊接接頭焊縫金屬中的合金元素發(fā)生了均勻化擴(kuò)散，尤其是合金元素 Si的擴(kuò)散非常明顯，這使得焊縫金屬的腐蝕電位變得穩(wěn)定導(dǎo)致焊縫金屬與鋼基體之間的電偶腐蝕更顯著，降低焊接接頭的腐蝕性能。另一方面，在350℃退火處理后焊接接頭富鋅區(qū)界面反應(yīng)層的金屬

8、間化合物明顯變厚，同樣會(huì)使接頭的電偶腐蝕加劇降低接頭的腐蝕性能。研究發(fā)現(xiàn)退火熱處理對(duì)焊接接頭不同區(qū)域組織的顯微硬度有所影響，退火處理后焊接接頭界面反應(yīng)層附近鍍鋅鋼側(cè)的顯微硬度明顯下降；350℃退火處理后焊接接頭富鋅區(qū)的顯微硬度明顯變高，270℃退火后焊接接頭富鋅區(qū)的顯微硬度與退火前相比沒有明顯的變化。
　　用Al-Si鋁合金焊絲對(duì)5052鋁合金/鍍鋅鋼異種金屬進(jìn)行了搭接焊，研究了焊接熱輸入對(duì)鋁/鋼焊接接頭疲勞性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，