基于不同Al基焊丝的铝合金/镀锌钢板激光熔钎焊接头组织及性能分析

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在倡导“节能减排”的大趋势下,汽车工业提出了汽车轻量化的概念,铝合金代替低碳钢、高强钢的举措也日益增多。激光熔钎焊接因其效率高、热输入小、焊接成形好、集熔焊和钎焊优点于一身等特点在工业领域被认为是实现铝钢连接最有效的方法。前期研究表明,填充焊丝对铝钢焊接性能有较为明显的影响,但目前在Al-Si焊丝对铝钢焊接界面各种金属间化合物生成的影响上鲜有研究,故本文将主要从该角度切入,深入分析Fe-Al界面层中Si的作用机制。本文选用直径为1.2mm的ER1050、AlSi5、AlSi10以及AlSi15焊丝,首先进行了若干组单因素实验,建立起焊接工艺窗口,并确定一组最优的工艺参数进行重复性实验,研究了不同焊丝下铝合金-镀锌钢板激光熔钎焊接头的焊缝成形、微观组织和力学性能。随着焊丝中Si含量的增加,层状IMC组织先变薄再变厚,底部连续的Fe Al组织被打碎成颗粒状,针状IMC数量增加,且生长方向逐渐平行于钎接界面。Si原子主要聚集在层状IMC下部,并以τ5—Al7.2Fe1.8Si的形式富集在针状IMC边缘。针对不同种类的IMC,结合焊接过程热循环曲线以及热力学分析,阐述了Si对IMC生长的影响机制,进而阐明了铝-钢异种接头原子扩散与金属间化合物生长过程的相关性。最后,分析了Si元素对接头力学性能的影响机制:一是通过提供异质核心的方式,改善原本对焊接接头有害的Fe Al相;二是通过占据Fe2Al5晶格的方式,形成Fe2(Al,Si)5,使层状IMC软化;三是通过包晶反应生成τ5—Al7.2Fe1.8Si,以及通过固溶形成Fe(Al,Si)3的方式硬化针状IMC;四是通过增加结晶和第二相粒子的均匀性,来改变接头在拉伸过程中的断裂机制。其中AlSi10焊丝下接头的拉伸性能最佳,为1.622k N,相比ER1050焊丝下,拉伸性能提高了72.9%。
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