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轻量化是车载低温储罐生产行业技术发展的必然趋势。夹芯强化结构件由于轻质、高比刚度而成为提高车载储罐外筒体刚度的新结构。LNG储罐外简体夹芯强化结构件由Q235碳钢和304不锈钢真空钎焊而成,因此,研究夹芯结构强化件Q235碳钢和304不锈钢的真空钎焊工艺及焊接接头性能具有重要意义。 针对上述问题,本文采用纯铜作为钎料,利用真空钎焊技术对Q235钢和304不锈钢夹芯强化结构件进行了焊接,研究了外加载荷、钎料厚度对碳钢/不锈钢钎焊接头质量的影响及钎焊接头的抗剪强度,微观组织,焊缝区域元素分布,并与碳钢镀镍及镀镍后热处理的焊接接头相关性能进行了对比。利用ABAQUS有限元分析软件模拟了钎焊夹芯强化结构的残余应力分布,分析了钎焊温度、降温速率、夹具载荷对残余应力分布的影响。本文主要研究内容与结论如下: (1)采用纯铜钎料实现了Q235钢和304不锈钢的真空钎焊。外加载荷2.64kg,采用0.06mm钎料的焊接接头抗剪强度可达265.9MPa,钎料与母材结合致密,无缺陷。在Q235钢/铜界面有岛状物产生,并且垂直钎缝向不锈钢侧扩展,岛状物为Fe、Cr、Ni、Cu元素,并呈富铁相。钎缝宽度较小时,岛状物可以跨过钎缝,钎缝宽度较大时,岛状物从Q235钢/铜界面向钎料层延伸,且部分岛状物游离在钎料层中。 (2)利用化学镀方法在Q235碳钢表面制备了Ni-P镀层。Q235碳钢表面镀层结合紧密,厚度大约为20μm。随着热处理温度和保温时间的增加,镀层粒子之间相互融合,粒子的边界逐渐消失,Fe、Ni、P元素的扩散距离增大,镀层表面出现颗粒状析出物。镀镍后500℃保温1h热处理钎焊接头的抗剪强度为213.37MPa,镀镍后未经过热处理的钎焊接头抗剪强度仅为104.44MPa。与无镀镍钎焊试样相比,碳钢镀镍后钎焊接头的抗剪强度略有所降低。 (3)利用ABAQUS有限元分析软件对钎焊夹芯强化结构进行了数值模拟研究。钎焊接头不锈钢侧纵向应力可达236MPa,钎料层最大纵向应力接近其屈服强度,高达200MPa。钎角处应力集中,外力作用下易成为裂纹起点。钎焊温度对钎焊接头残余应力分布没有影响,冷却速率太快(3min)导致接头最大应力值范围扩大,冷却速率降低到一定程度(大于60min),对接头残余应力分布没有影响;外加载荷可以改变接头处横向应力分布规律,并降低其最大应力,但对纵向应力和剪应力没有影响。