铝合金与镀锌钢TIG熔钎焊工艺研究

发布时间：2017-09-27 11:02

  本文关键词：铝合金与镀锌钢TIG熔钎焊工艺研究

  更多相关文章： TIG熔钎焊 金属间化合物 喷丸预处理 超声波振动

【摘要】：本文以将5052系铝合金和镀锌钢板作为研究目标,填充钎料为ER4043铝硅焊丝,利用TIG熔钎焊的方法,同时分别添加铝合金表层喷丸预处理和超声波振动外场等辅助工艺,进行了铝/钢异种金属焊接的工艺性试验,并且对铝/钢焊接接头的组织与性能进行了相关测试研究以及对比分析。经过一列试验,得出焊接的最佳工艺参数为:焊接速度200mm/min,焊接电流70A,送丝速度800mm/min,焊接电压13V。在最佳工艺参数下,接头的最大抗拉强度为108MPa。接头主要由母材区、热影响区、熔合区和界面区组成。熔化区组织主要为α-Al固溶体以及Al-Si共晶相。界面区的宽度大约为3.5~8um,其组成为硬质铝铁金属间化合物。显微硬度测试表明,其硬度可达210HV以上,其中靠向铝侧形成的为FeAl3,而靠向钢侧形成的为Fe2Al5,界面层的厚度随热输入的增加而增加。接头断裂位置主要位于熔合区,断裂方式偏向韧性断裂。基于最佳焊接参数,焊前加入铝合金表层喷丸预处理工艺,接头的最大抗拉强度为113MPa。接头界面层的厚度有略微增加,大约为5~8um,但变化不明显。接头均断裂在熔合区,喷丸处理后,热影响区的强度有所提高。表面喷丸预处理工艺,有效地破碎或部分去除了铝合金表面致密氧化膜层,提高了热输入的利用率以及对熔池的保护性,减少了焊接后的夹渣等缺陷,同时提高了熔融金属在镀锌钢表面的润湿性与铺展性。另一方面,局部位置晶粒的细化,晶界数量的增多为热量的传输提供了更多的通道。基于最佳焊接参数,焊接过程中加入超声波振动外场工艺,接头的最大抗拉强度为117MPa。接头熔合区晶粒组织中柱状晶大量减少,晶粒尺寸得到细化,且熔合区的显微硬度略微提升。加入超声波振动外场,有效地减少了焊接后接头的气孔,夹杂等缺陷;振动一定程度上细化了晶粒,并且使整体组织均匀化;通过一定程度上破碎或去除铝合金致密氧化膜,使焊接热量的分布更为均匀,并且为热量的传输提供更多的通道。整体来说,铝合金表面喷丸预处理工艺和超声波振动工艺一定程度上改善了铝/钢TIG熔钎焊接头的组织与性能。在本文的最后,利用热力学模型有效地验证了铝钢接头界面区所生成的金属化合物种类,通过计算得知其主要组成为FeAl3和Fe2Al5,与实验结果相吻合。
【关键词】：TIG熔钎焊 金属间化合物 喷丸预处理 超声波振动
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 研究背景、目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-18
• 1.2.1 铝/钢焊接性9-11
• 1.2.2 铝/钢异种金属焊接工艺研究现状11-15
• 1.2.3 铝合金表面喷丸处理15-16
• 1.2.4 超声波振动焊接16-18
• 1.3 本课题主要研究内容18-20
• 2 实验材料、设备及研究过程20-28
• 2.1 实验材料20-21
• 2.2 技术路线21-22
• 2.3 实验设备22-23
• 2.4 实验过程23-25
• 2.4.1 焊前处理23
• 2.4.2 焊接过程23-25
• 2.4.3 焊后处理25
• 2.5 接头性能测试25-28
• 2.5.1 力学性能测试25-26
• 2.5.2 显微组织观察以及相组成分析26-28
• 3 铝合金和镀锌钢焊接基本参数工艺研究28-50
• 3.1 焊接速度对接头组织和性能的影响28-36
• 3.1.1 接头的宏观形貌28-30
• 3.1.2 接头的焊接强度30-31
• 3.1.3 接头显微组织31-36
• 3.2 焊接电流对接头组织和性能的影响36-49
• 3.2.1 接头的宏观形貌36-38
• 3.2.2 接头的焊接强度38
• 3.2.3 接头的显微组织38-47
• 3.2.4 接头的显微硬度47-48
• 3.2.5 接头的相组成48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 4 铝合金和镀锌钢外加辅助焊接工艺研究50-68
• 4.1 铝合金表面喷丸预处理对焊接接头组织与性能的影响50-57
• 4.1.1 接头的宏观形貌50-51
• 4.1.2 接头的焊接强度51
• 4.1.3 接头的显微组织51-55
• 4.1.4 接头的显微硬度55-56
• 4.1.5 接头的相组成56-57
• 4.2 超声波振动外场对焊接接头组织与性能的影响57-66
• 4.2.1 接头的宏观形貌58-59
• 4.2.2 接头的焊接强度59-60
• 4.2.3 接头的显微组织60-64
• 4.2.4 接头的显微硬度64-65
• 4.2.5 接头的相组成65-66
• 4.3 本章小结66-68
• 5 铝/钢接头界面金属间化合物形成的热力学分析68-74
• 5.1 Al-Fe二元系统的热力学模型68-70
• 5.1.1 混合体系吉布斯自由能计算模型68
• 5.1.2 Al-Fe金属间化合物的吉布斯自由能的计算68-69
• 5.1.3 Al、Fe单质吉布斯自由能的计算69
• 5.1.4 吉布斯自由能的变化的计算69-70
• 5.2 计算结果及验证70-72
• 5.3 本章小结72-74
• 6 结论74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 附录 作者在攻读硕士期间发表的论文82

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本文编号：929288