铝/钢微束等离子对接熔钎焊接头组织及力学性能研究

题名	铝/钢微束等离子对接熔钎焊接头组织及力学性能研究
作者	康玉桃
导师	樊丁 ; 黄健康
答辩日期	2019
学位名称	硕士
关键词	微束等离子熔钎焊铝/钢填充材料金属间化合物接头强度
摘要	针对铝/钢异种金属薄板对接焊中因两者热物理性能差异较大而造成的接头铺展性能差、界面易产生脆性金属间化合物、接头质量低的难题,本文从控制焊接热输入及添加合金元素两个方面出发,利用微束等离子电弧挺度高、稳定性好、焊后板材残余应力小等优点进行6010铝合金与ST04Z镀锌钢的微束等离子对接熔钎焊试验。分析添加Al-B二元合金粉末,AlCrFeNiCo多主元高熵合金粉末及ER4043焊丝所得铝/钢对接熔钎焊接头形貌、界面微观组织、界面元素分布及接头力学性能变化,研究焊接工艺参数对接头铺展及金属间化合物层厚度的影响规律,探究不同填充材料对铝/钢异种金属对接熔钎焊接头界面调控作用,并通过Monte Carlo（MC）与Cellular Automaton（CA）相结合的方法进行铝/钢界面金属间化合物生长过程模拟、探究铝/钢界面金属间化合物生长机理及影响金属间化合物层厚度的因素。试验研究结果表明:采用微束等离子熔钎焊的方法可较好地实现铝/钢异种金属的薄板对接连接,所得熔钎焊接头焊缝正、背面铺展良好。其中,采用Al-B二元合金粉末进行铝/钢异种金属微束等离子对接熔钎焊时,可实现单面焊双面成形,所得接头无气孔、裂纹、夹渣等明显缺陷;竖直界面处生成Fe2Al5的金属间化合物,靠近镀锌钢一侧呈锯齿状,靠近焊缝一侧呈絮状或针状分布;对接头进行拉伸性能测试,接头在竖直界面及焊缝铺展处断裂,接头断裂为韧脆混合型断裂;在焊接电流为38.5A,焊接速度为80mm/min时,预置Al-B合金粉末的铝/钢熔钎焊接头抗拉强度可达193MPa,为铝合金母材的79%;对铝/钢熔钎焊接头分析发现,接头抗拉强度受金属间化合物层厚度和焊缝铺展宽度共同影响。采用AlCrFeNiCo多主元高熵合金粉末进行铝/钢异种金属微束等离子对接熔钎焊时,也可实现单面焊双面成形,且接头铺展良好;所得熔钎焊接头界面靠近镀锌钢一侧形成锯齿状的金属间化合物Fe2Al5,靠近焊缝侧形成絮状的Al,Fe,Co形成的复杂相;拉伸结果则表明,接头断裂位置为界面处,为韧脆混合型断裂;当焊接电流37A,焊接速度100mm/min时,接头抗拉强度为170MPa,可达铝合金母材抗拉强度70%。采用ER4043焊丝进行铝/钢异种金属微束等离子对接熔钎焊时,也可实现单面焊双面成形,且焊接过程中受力及填充材料的影响,焊缝背面铺展要远远大于焊缝正面铺展;在界面处形成了Fe-Al和Fe-Al-Si的金属间化合物层,靠近镀锌钢一侧为Fe2Al5,靠近焊缝侧为FeAl3,连接FeAl3向焊缝侧呈絮状分布的为Al12FeSi三元金属间化合物;和预置粉末相比,添加ER4043焊丝可有效抑制金属间化合物的生长,获得厚度较小的铝/钢金属间化合物层;经分析,在接头焊趾处分布着Al、Si、Zn元素,其中Zn元素含量较多,在焊缝区出现富集;拉伸结果表明,接头断裂在界面处,为韧脆混合型断裂;当焊接电流32A,焊接速度110mm/min,送丝速度为122mm/min时,所得铝/钢对接熔钎焊接头抗拉强度为172MPa,为铝合金母材的71%,高于同等热输入下预置合金粉末所得铝/钢熔钎焊接头抗拉强度。不同填充材料作用下所得铝/钢熔钎焊接头对比分析表明,添加Al-B合金粉末、AlCrFeNiCo高熵合金粉末及ER4043焊丝皆可提高液态金属在钢表面的润湿铺展性,同等热输入下,AlCrFeNiCo高熵合金粉末作用更明显;铝/钢微束等离子熔钎焊过程中,界面生成的金属间化合物以Fe2Al5为主,其中ER4043焊丝对界面金属间化合物生长的抑制作用最明显;同等热输入下,添加ER4043焊丝所得接头抗拉强度要高于预置合金粉末熔钎焊接头抗拉强度;综合分析得出,要获得良好的铝/钢熔钎焊对接接头,需要同时控制金属间化合物层厚度和焊缝铺展宽度。模拟结果表明,在铝/钢焊接过程中金属间化合物层生长与时间的0.5次成线性关系;Fe2Al5相厚度对峰值温度最为敏感,而冷却时间和（001）[100]方向上温度梯度对Fe2Al5相的厚度影响有限。
页数	81
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TG407
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94979
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	康玉桃. 铝/钢微束等离子对接熔钎焊接头组织及力学性能研究[D],2019.