铝合金/不锈钢异种金属管TIG熔—钎焊工艺技术研究

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广泛应用在航空航天,汽车、船舶制造等领域的铝合金-不锈钢复合结构,由于其重量轻、强度高、耐腐蚀等综合特点受到了愈加广泛的重视。由于铝合金与不锈钢之间固溶度极低、热物理性质差异大,焊接过程容易生成脆性金属间化合物,从而导致二者的连接存在较大难度。多种焊接方法被研究用于实现铝/钢复合结构的可靠连接。其中TIG电弧熔-钎焊技术凭借其自身的经济性与操作便捷等优点,成为铝/钢异种金属连接的热点研究方向。而选择合理的填充材料与钎剂组合、控制钎焊界面金属间化合物的生成是利用电弧熔钎焊技术实现优质铝/钢接头的保证。本文以TIG电弧熔钎焊为连接方法,以钢表面预涂层技术为背景,分别考察Al-Si、纯Al、Al-Cu焊丝作为填充材料时,相应的可实现铝/钢优质接头的合理钎剂涂层成分。钎剂基体为Nocolok(KAlF465%+K3AlF635%)试剂,通过添加一定比例的合金元素,利用焊接条件下的冶金反应实现对铝/钢界面处金属间化合物的控制,从而保证了接头良好的力学性能。研究结果表明:在采用了Al-Si焊丝作为填充材料时,预涂层中加入Ni粉能有效降低由Al-Fe-Si反应生成的化合物厚度,改善接头性能,并且当预涂层中Ni粉含量为35%时接头强度达到最高;使用纯铝作为填充材料时,在预涂层中加入铝粉可提高铝液在不锈钢表面润湿及铺展的稳定性,对界面金属间化合物厚度影响不大,但使焊缝中析出相增加,当预涂层中铝粉含量在50%时接头性能最好;而当采用Al-Cu焊丝时,在钎剂中添加任何元素均使性能下降。比较分析采用三种填充材料得到的接头性能,Al-Cu焊丝填充接头强度高但韧性差,Al-Si焊丝填充接头强度与韧性都较差,纯铝填充接头强度较高且韧性最好。因此,纯铝钎料配合Nocolok+50wt.%Al粉钎剂得到的接头综合性能最佳。此外,结合脉冲焊技术分别针对1.5mm、3mm、4mm厚的铝合金与不锈钢母材展开研究。以焊缝成形与接头力学性能为考察对象,确定出各母材对应的脉冲TIG熔钎焊最佳焊接工艺参数。并对各接头微观形貌进行细致分析,着重考察界面金属间化合物与焊缝组织,给出了了接头组织与性能之间的关系。对于1.5mm规格母材,只有脉冲焊技术才能保证其成形良好;而3mm规格母材,脉冲焊与非脉冲焊均能实现其良好成形,但脉冲焊技术能促进铝钢界面金属间化合物的厚度更均一;而对4mm规格母材,脉冲焊与非脉冲焊均能保证其成形良好,但脉冲在促进界面化合物均一方面的效果已不再明显。在上述研究的基础上,通过合理设计夹具,利用TIG电弧熔钎焊技术,选择适当焊接工艺,实现了铝/钢管材的成功对接。管材对接焊缝成形均一良好。
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