铝/钢预置粉末激光搭接熔钎焊接头组织与性能研究

发布时间：2017-01-19 11:06

  本文关键词：铝—钢激光熔钎焊复合接头组织与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《兰州理工大学》 2013年

铝/钢预置粉末激光搭接熔钎焊接头组织与性能研究

蒋锴  

【摘要】：激光熔钎焊方法是目前作为铝/钢异种金属连接的最有效的方法之一,本文提出一种预置涂粉熔钎焊方法,对铝/钢异种金属进行激光焊接研究。采用这种熔钎焊方法和预置特殊粉末后,显著增加了激光能量的吸收率,通过调节焊接工艺参数,可控制铝/钢异种金属焊接时金属间化合物的形态分布、增加钎接界面的宽度、减少铝/钢钎接界面过渡层宽度,获得机械性能优良的熔钎焊接头。 本文选用适宜的合金粉末,采用预制涂粉的方法对铝合金(5052、5056、6063)和镀锌钢板进行搭接熔钎焊试验,分析工艺参数对熔钎焊接头成形和焊接性的影响,分析了工艺参数和粉末成分对铝/钢钎接过渡层宽度、金属间化合物形态、钎接界面的宽度和接头组织的影响,通过测试接头力学性能,分析工艺参数、界面层组织形态等对力学性能的影响。 采用本文提出的熔钎焊方法实现了5052、5056、6063铝合金和镀锌钢板优质熔钎焊连接。选用适当的焊接工艺参数获得了搭接接头过渡平缓,铺展宽度较宽,接头成形连续、美观,无裂纹、气孔等缺陷的熔钎焊焊缝。焊接工艺参数对熔钎焊接头有效铺展宽度有显著影响,在合适激光功率范围内,有效铺展宽度随功率增大而增大,随焊接速度增加有效铺展宽度减小,离焦量由负到正变化时,有效铺展宽度先增大后减小。 试验发现这种焊接方法熔钎焊接头出现两个富Zn区,分别位于熔化区边缘和熔化区与铝合金结合处熔钎焊根部,钎接界面过渡层最大厚度小于10μm。对熔钎焊界面过渡层进行线扫描,发现Al、Fe、Mg元素在界面处有一个明显的渐变过程,说明Al、Fe、Mg在过渡层发生了扩散,过渡层边缘Zn的含量较多,Si含量较少。铝合金与镀锌钢采用预制涂粉激光熔钎焊时,焊接接头中直接由Al和Fe所形成的金属间化合物主要有FeAl、Fe3Al、FeAl2和FeAl3、Si、B、Zn、Mn、Mg等元素与Fe和A1或直接形成化合物,或形成固溶物,如Fe3B、Fe3Si、Fe11Zn40、 Al9FeSi3、AlFe2B2、AIMg4Zn11、Al5Mn12Si7等抑制了Al与Fe直接接触形成脆硬的金属间化合物。试验发现在铝/钢预置涂粉激光熔钎焊工艺范围内,金属间化合物层厚度随功率增大而增加,随焊接速度增加而减少,离焦量由负到正时出现先增加后减少的变化,选择适当的焊接工艺参数,可以抑制针状Al-Fe金属间化合物向熔化区内生长。 界面过渡层硬度明显高于熔化层和钢侧,熔化层和靠近过渡层钢侧硬度高于铝合金和镀锌钢母材,分析认为熔化区熔化的粉末中的Si、Mn、Mg等产生冶金作用形成强化相增加了熔化区的硬度,FeAl、FeAl2、FeAl3等金属间化合物的形成是界面过渡层硬度高的主要原因,由于产生了Al9FeSi3、AlFe2B2、Fe3B、Fe3Si、Fe11Zn40等相,一定程度降低了界面过渡层的显微硬度。 铝／钢预置涂粉激光熔钎焊接头具有较高的机械性能,镀锌钢与5052熔钎焊时最大机械抗力达208N/mm,约铝母材的95.41%,镀锌钢与5056熔钎焊时平均机械抗力达190N/mmm,约为铝母材的85.2%,镀锌钢与6063熔钎焊时平均机械抗力达189N/mm,约为铝母材的85.5%。 对熔钎焊接头断裂行为进行分析,断裂主要有两种形式：母材热影响区断裂和熔钎焊焊缝处断裂。母材热影响区断裂时,主要是由于在激光焊接过程中热输入对铝合金的热影响区组织的软化作用,在预置涂粉激光搭接熔钎焊接头熔化区根部存在晶粒粗大的富Zn区和在此处应力集中是焊缝处断裂的主要原因。在焊缝处断裂机理主要是韧窝断裂,裂纹不是由脆硬的界面过渡层(Al-Fe金属间化合物)引起的,故接头具有较高的机械性能。

【关键词】：
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG456.7
【目录】：

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