铝/钢异种材料摆动激光熔钎焊焊接特性研究
发布时间：2021-12-27 21:51
铝/钢异种材料的连接一直是具有很高研究价值的课题之一,改善其焊接接头的组织形貌并提高其力学性能是研究铝/钢连接的重要目的,铝/钢焊接接头在航空航天以及汽车制造等领域应用前景广泛。目前为止,针对铝/钢材料的焊接也有了许多的研究,但由于其焊接的难度较高,导致焊接接头力学性能较差。本文根据现有研究中存在的问题以及在工业生产应用上的迫切需要,针对铝/钢焊接接头的气孔缺陷、界面层不均匀等问题,开展对铝/钢材料的摆动激光焊接技术研究,改善界面层不均匀问题、抑制焊接缺陷,提高铝/钢接头力学性能。首先,对2mm厚的铝/钢材料进行了焊接工艺的系统研究。对不同的摆动激光形式进行了对比分析,并重点研究了摆动形式为无穷形（轨迹为∞形）时摆动激光填丝焊接的工艺特点。摆动激光焊接采用聚焦模式,提高了激光的能量利用率,并且在更加大且均匀的热源下,得到了更好的焊缝成形,解决了焊缝背部润湿不良的问题。除此以外,在单激光焊接时由于熔池存在时间短,气体来不及逸出易出现气孔,摆动激光焊接可有效抑制气孔。除此之外,横向摆动激光焊接与纵向摆动激光焊接由于边缘处能量密度高,在焊接中易出现焊接飞溅,而当采用环形摆动以及无穷形摆动焊接...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Al-Fe二元合金相图[22]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-并随之发生互相流动扩散，之后经过再结晶现象，最后在接头界面处形成坚固的冶金结合方式，焊接时母材未融化，即为固相连接方式，搅拌摩擦焊所需要的焊接热输入量孝焊后工件变形孝焊接速度快，因此是铝/钢异种材料焊接中很常用的方法之一。德国的CoelhoRS[24]等人对AA6282-T4铝合金和两种不同的高强度钢进行了搅拌摩擦焊接，获得了几乎没有缺陷的良好接头。尽管使用的是不同母材的钢材料，但获得了具有相似的形貌的焊接接头，主要由细小α-Fe相与薄层状的FexAly相组成，其中α-Fe相所占厚度较薄，化合物层总厚度大约为50μm，如图1-2所示。图1-2铝和钢搅拌摩擦焊的接头界面[24]：a)DP600，b)HC260LALee[25]等人通过搅拌摩擦焊接对304奥氏体不锈钢和6056–T4铝合金进行了焊接如图1-3。在接头界面结合位置发现了涡流性交叉的界面并存在一层薄薄的IMC层，IMC层厚度仅有250nm，经分析测试确定为密排六方型的FeAl4，此种情况是由搅拌头在接头界面搅拌引起的。除此之外，在临近IMC层的区域，还观察到了超细的晶粒。经分析测定后确定该组织是铁素体，他们认为这是因为在焊接过程当中，钢母材的高应变频率使得其奥氏体发生转变成为铁素体。图1–3搅拌摩擦焊时的Fe/Al界面[25]：a)微观界面，b)FeAl4衍射花样，c)变形后钢的衍射花样
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-1.2.3钎焊钎焊也是铝/钢异种材料焊接常采用的方式之一。其原理是利用比母材熔点低的钎料夹杂在要进行焊接的铝和钢中间，放进钎焊炉中将温度加热到钎焊熔点之上、母材熔点之下。利用液态的钎料对铝/钢之间间隙进行润湿铺展，填充两者之间的间隙，且钎料与母材之间进行相互扩散而最终实现铝/钢的连接[9]。在钎焊的过程中，基体铝不会发生融化，从而避免了界面处生成大量的IMC。印度学者Srinivas[26]等人研究了在利用Al–18Ag–20Cu–5Si–0.2Zn钎剂实现了铝/钢异种材料的炉中钎焊。他们发现在钎焊界面处出现了Al2Cu，Ag3Al和Ag5Al等相。这些相的存在能够明显提高钎焊界面的结合强度，所得到的接头强度在应变速率为8%的条件下为629MPa，而AISI304钢母材的为606MPa，如图1-4所示。图1-4钎焊得到的铝/钢异种材料[26]：a)成型件，b)钎焊界面哈尔滨工业大学的姜丽丽[27]采用高频加热热浸镀的方法热浸镀一层纯铝或者AlSi12到不锈钢表面，相比于焊前未热浸镀的钎焊接头，焊前热浸镀纯铝的接头的成型更好如图1-5，不存在难以逸出的气体引起的气孔和润湿性不良引起的未钎上等缺陷，并且热浸镀Al后钎缝的组织比较均匀，钎缝主要相为α-Al及Al-Si共晶相如图1-6。图1-5整体钎焊接头的金相形貌[27]
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响[J]. 黄健康,王梓懿,刘宁,余淑荣,樊丁. 材料工程. 2018(05)
[2]钢/铝异种合金激光深熔钎焊与深熔焊工艺研究进展[J]. 崔丽,卢东琪,王国红,贺定勇. 航空制造技术. 2018(03)
[3]激光扫描焊接工艺对铝合金焊接气孔率的影响[J]. 周立涛,王旭友,王威,王诗洋. 焊接学报. 2014(10)
[4]铁/铝爆炸复合双金属管界面的结合性能（英文）[J]. 孙显俊,陶杰,郭训忠. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(10)
[5]铝、镁合金材料在汽车工业中的应用[J]. 党春梅,谢卫东. 热加工工艺. 2011(04)
[6]铝合金厚板的性能、应用及市场[J]. 王祝堂. 有色金属加工. 2007(01)
[7]光束摆动法减小激光焊接气孔倾向[J]. 赵琳,张旭东,陈武柱,包刚. 焊接学报. 2004(01)
博士论文
[1]钢铝异种金属交流双脉冲焊接接头组织及性能研究[D]. 苏永超.上海交通大学 2014
[2]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]5A06铝合金厚板窄间隙激光扫描焊接工艺特性研究[D]. 邹吉鹏.机械科学研究总院 2018
[2]铝合金/不锈钢对接接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及接头组织性能[D]. 薛珺予.西南交通大学 2018
[3]铝/钢PP-GMA熔—钎焊接电弧稳定性与焊接质量研究[D]. 李剑雄.天津大学 2017
[4]铝合金振荡扫描激光焊接数值模拟[D]. 王文华.华中科技大学 2016
[5]铝/钢激光熔钎焊实验及工艺参数优化研究[D]. 佘杰.江苏大学 2016
[6]铝合金/预镀层不锈钢钎焊工艺及界面特征研究[D]. 姜丽丽.哈尔滨工业大学 2015
[7]铝/钢添加铅中间层CMT熔—钎焊工艺及组织性能研究[D]. 赖华清.江苏科技大学 2014
[8]热处理工艺对新型高强β钛合金组织和性能的影响[D]. 张虎.西安建筑科技大学 2013
本文编号：3552800
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Al-Fe二元合金相图[22]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-并随之发生互相流动扩散，之后经过再结晶现象，最后在接头界面处形成坚固的冶金结合方式，焊接时母材未融化，即为固相连接方式，搅拌摩擦焊所需要的焊接热输入量孝焊后工件变形孝焊接速度快，因此是铝/钢异种材料焊接中很常用的方法之一。德国的CoelhoRS[24]等人对AA6282-T4铝合金和两种不同的高强度钢进行了搅拌摩擦焊接，获得了几乎没有缺陷的良好接头。尽管使用的是不同母材的钢材料，但获得了具有相似的形貌的焊接接头，主要由细小α-Fe相与薄层状的FexAly相组成，其中α-Fe相所占厚度较薄，化合物层总厚度大约为50μm，如图1-2所示。图1-2铝和钢搅拌摩擦焊的接头界面[24]：a)DP600，b)HC260LALee[25]等人通过搅拌摩擦焊接对304奥氏体不锈钢和6056–T4铝合金进行了焊接如图1-3。在接头界面结合位置发现了涡流性交叉的界面并存在一层薄薄的IMC层，IMC层厚度仅有250nm，经分析测试确定为密排六方型的FeAl4，此种情况是由搅拌头在接头界面搅拌引起的。除此之外，在临近IMC层的区域，还观察到了超细的晶粒。经分析测定后确定该组织是铁素体，他们认为这是因为在焊接过程当中，钢母材的高应变频率使得其奥氏体发生转变成为铁素体。图1–3搅拌摩擦焊时的Fe/Al界面[25]：a)微观界面，b)FeAl4衍射花样，c)变形后钢的衍射花样
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-1.2.3钎焊钎焊也是铝/钢异种材料焊接常采用的方式之一。其原理是利用比母材熔点低的钎料夹杂在要进行焊接的铝和钢中间，放进钎焊炉中将温度加热到钎焊熔点之上、母材熔点之下。利用液态的钎料对铝/钢之间间隙进行润湿铺展，填充两者之间的间隙，且钎料与母材之间进行相互扩散而最终实现铝/钢的连接[9]。在钎焊的过程中，基体铝不会发生融化，从而避免了界面处生成大量的IMC。印度学者Srinivas[26]等人研究了在利用Al–18Ag–20Cu–5Si–0.2Zn钎剂实现了铝/钢异种材料的炉中钎焊。他们发现在钎焊界面处出现了Al2Cu，Ag3Al和Ag5Al等相。这些相的存在能够明显提高钎焊界面的结合强度，所得到的接头强度在应变速率为8%的条件下为629MPa，而AISI304钢母材的为606MPa，如图1-4所示。图1-4钎焊得到的铝/钢异种材料[26]：a)成型件，b)钎焊界面哈尔滨工业大学的姜丽丽[27]采用高频加热热浸镀的方法热浸镀一层纯铝或者AlSi12到不锈钢表面，相比于焊前未热浸镀的钎焊接头，焊前热浸镀纯铝的接头的成型更好如图1-5，不存在难以逸出的气体引起的气孔和润湿性不良引起的未钎上等缺陷，并且热浸镀Al后钎缝的组织比较均匀，钎缝主要相为α-Al及Al-Si共晶相如图1-6。图1-5整体钎焊接头的金相形貌[27]
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响[J]. 黄健康,王梓懿,刘宁,余淑荣,樊丁. 材料工程. 2018(05)
[2]钢/铝异种合金激光深熔钎焊与深熔焊工艺研究进展[J]. 崔丽,卢东琪,王国红,贺定勇. 航空制造技术. 2018(03)
[3]激光扫描焊接工艺对铝合金焊接气孔率的影响[J]. 周立涛,王旭友,王威,王诗洋. 焊接学报. 2014(10)
[4]铁/铝爆炸复合双金属管界面的结合性能（英文）[J]. 孙显俊,陶杰,郭训忠. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(10)
[5]铝、镁合金材料在汽车工业中的应用[J]. 党春梅,谢卫东. 热加工工艺. 2011(04)
[6]铝合金厚板的性能、应用及市场[J]. 王祝堂. 有色金属加工. 2007(01)
[7]光束摆动法减小激光焊接气孔倾向[J]. 赵琳,张旭东,陈武柱,包刚. 焊接学报. 2004(01)
博士论文
[1]钢铝异种金属交流双脉冲焊接接头组织及性能研究[D]. 苏永超.上海交通大学 2014
[2]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]5A06铝合金厚板窄间隙激光扫描焊接工艺特性研究[D]. 邹吉鹏.机械科学研究总院 2018
[2]铝合金/不锈钢对接接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及接头组织性能[D]. 薛珺予.西南交通大学 2018
[3]铝/钢PP-GMA熔—钎焊接电弧稳定性与焊接质量研究[D]. 李剑雄.天津大学 2017
[4]铝合金振荡扫描激光焊接数值模拟[D]. 王文华.华中科技大学 2016
[5]铝/钢激光熔钎焊实验及工艺参数优化研究[D]. 佘杰.江苏大学 2016
[6]铝合金/预镀层不锈钢钎焊工艺及界面特征研究[D]. 姜丽丽.哈尔滨工业大学 2015
[7]铝/钢添加铅中间层CMT熔—钎焊工艺及组织性能研究[D]. 赖华清.江苏科技大学 2014
[8]热处理工艺对新型高强β钛合金组织和性能的影响[D]. 张虎.西安建筑科技大学 2013
本文编号：3552800
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