鋁合金-不銹鋼TIG熔釬焊接頭顯微組織和力學性能研究.pdf

1、鋁合金具有比重小、導電性好、耐蝕性好的特點，鋼具有高強度的優(yōu)點，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，并以減輕結(jié)構(gòu)重量和節(jié)約能源的優(yōu)勢被廣泛地應用在汽車制造、航空航天、交通運輸?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)下進行了純鋁/304不銹鋼T

2、IG熔釬焊搭接試驗，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;最后采用計算流體動力學(CFD)軟件FLUENT，建立了鋁合金/鋼TIG熔釬焊搭接數(shù)學模型，對溫度場和流場進行了數(shù)值模擬。
　　實驗結(jié)果表明:當焊接電流為50A，焊接速度為60mm/min時，純鋁/304不銹鋼接頭抗拉

3、強度為92MPa，達到鋁母材強度的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臨界值，約為5-8μm，當金屬間化合物層的厚度超過該臨界值時，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，直至達到臨界厚度。當釬劑中加入ZnO粉末后，液態(tài)鋁合金與ZnO粉末發(fā)生化學反應生成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。當釬劑中不加ZnO粉末時，5052鋁合金/304不銹鋼接頭抗拉強度為139MPa;釬劑中加入20wt.％ZnO粉末后，接頭抗拉強度降低至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，所形成的渦流會導致熔池內(nèi)低沸點金屬蒸發(fā)，在焊縫中形