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铝合金/不锈钢CP电弧熔—钎焊工艺研究

作　者: 刘甲坤
导　师: 赵洪运
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝合金不锈钢熔-钎焊微观组织力学性能
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铝合金/不锈钢异种金属结构能够有效的发挥两种材料的优势,具有比重轻、强度高、耐蚀性优良等特点,在航空航天、交通运输等部门具有越来越广泛的应用。由于铝合金及不锈钢两种材料在热物理性能及力学性能等方面存在着巨大差异,在反应过程中极易生成脆性的金属间化合物,降低接头的力学性能,是焊接领域的难点问题。尽管压力焊、钎焊等方法能够实现两者的连接,但上述方法工艺条件苛刻,一般要求工件具有一定的尺寸形状,相比而言,电弧熔-钎焊方法因具有热输入量小,操作方便且易于实现自动化等特点,在铝/钢连接领域具有特殊的优势。本文针对铝/钢异种金属焊接特点,采用CP焊机对铝合金与不锈钢进行电弧熔-钎连接,分别采用在不锈钢表面进行预镀锌、预涂层及预渗铝处理,来促进电弧作用下液态钎料在钢板表面的润湿铺展,分别对1mm及3mm试样开展了搭接和对接试验研究。在此基础上,对不同工艺条件下的接头外观形貌进行了对比分析,并深入研究了接头不同区域的微观组织,并评定了接头的力学行为,建立了组织结构与力学性能之间的联系。1mm铝合金/不锈钢预镀锌搭接接头研究结果显示,随着焊接热输入的增加,界面区化合物层的厚度由2μm增加到10μm左右,靠近界面层熔化区内有τ6-Al4.5FeSi相生成;当焊接热输入为83.44KJ/m时,接头拉剪强度最大为193.4MPa,界面层压剪强度稳定在105-120MPa之间;采用纯铝焊丝的接头压剪强度最大为124MPa;采用Al-Si12焊丝的接头熔化区硬度最大,但仍低于母材硬度。1mm铝合金/不锈钢预涂层搭接接头研究结果表明,随着焊接热输入的增加,化合物层因自身的脆性而碎化进入熔化区;当焊接热输入为86.9KJ/m时,接头拉剪强度最大可以达到190MPa左右;接头的断裂形式分为从靠近铝侧热影响区的焊缝塑性断裂及从界面处脆性剪切断裂两种方式。3mm铝合金/不锈钢预涂层对接接头研究结果表明,预留一定的对接间隙及选取合适的成型槽,接头有良好的成形,未发现碎化及呈针状生长的脆性化合物;接头从界面区发生断裂,抗拉强度可以达到157.8MPa。1mm铝合金/不锈钢预渗铝搭接接头研究结果显示,液态金属在钢板表面的润湿铺展性差,且化合物层有明显的微裂纹存在;接头从界面区断裂,强度仅为60MPa,力学性能较差。

铝合金/不锈钢CP电弧熔—钎焊工艺研究

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