论文部分内容阅读
铝合金/镁合金异种金属结构在汽车、航空、航天、舰船等领域的应用前景广阔。但是,由于铝、镁化学性质活泼以及它们在晶体结构等方面差异较大,采用熔焊方法焊接时,容易形成气孔、裂纹以及夹杂等缺陷,难以获得合格的焊接接头。采用搅拌摩擦焊技术焊接时易形成脆性金属间化合物,导致接头的力学性能下降。论文提出了“搅拌摩擦焊-钎焊”复合焊接新技术:在铝/镁异种金属搭接焊时,将搅拌摩擦焊技术与钎焊技术相结合,在焊接过程中搅拌摩擦焊与钎焊这两种焊接方法同步进行,获得了铝/镁异种金属的“搅拌摩擦焊-钎焊”复合焊接接头。搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接技术综合了搅拌摩擦焊和钎焊两者的优势,能实现铝/镁异种金属的良好连接。论文以纯Zn作为钎料对2A12铝合金/AZ31镁合金异种金属进行了“搅拌摩擦焊-钎焊”连接,采用SEM、EDS以及微区XRD对搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头的微观组织、界面结构、元素分布进行了分析,研究了复合焊接接头的力学性能。研究结果发现,采用搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接技术能够获得钎焊焊缝和搅拌摩擦焊焊缝共同存在的铝/镁异种金属复合焊接接头。其中,钎焊焊缝包括搭接区、固相扩散区、钎焊区。钎焊焊缝的组成为Al、Mg与Zn的固溶体以及MgZn2金属间化合物,没有生成Al-Mg系金属间化合物。钎料Zn在接头中主要有两方面的作用:(1)进入焊缝后,形成液态润滑剂,降低焊接过程中的产热,同时与其中的Al和Mg反应,形成Al-Mg-Zn系的金属间化合物,抑制焊缝中Al-Mg系金属间化合物的生成;(2)钎料在轴肩作用区域内被液化,被轴肩锻压力挤出,对异种金属的原始接触界面有净化作用,促进了该区域的冶金反应,形成钎焊焊缝,两方面的作用提高了复合焊接接头的抗拉剪性能。采用搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接技术获得的焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。并且,达到最大抗拉剪力的加工参数为焊接速度23.5mm/min、旋转速度375rpm,此时最大拉剪力为5.5kN。复合焊接接头最大抗拉剪力比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力5.0kN提高了10%。比公开报道的文献中所记载的搅拌摩擦点焊技术获得的接头最大抗拉剪力提高了约40%。复合焊接接头在拉伸过程中首先会出现钎焊焊缝的失效,之后才是整个接头的断裂。接头的断裂方式为脆性断裂,断口的钎焊区以河流花样为主,而搅拌摩擦焊区以解理台阶为主。异种金属接头的硬度分布不均匀,焊核中的金属间化合物和固溶体是导致硬度波动的主要原因。复合焊接接头在钎焊区的硬度过渡平滑。