铝钢异种金属压力钎焊技术研究

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随着科技的发展,同种材料的连接已经远远不能满足人们对于构件性能的需求,因此在现代焊接领域,出现了各式各样的异种材料的焊接。工业及制造业中出现的异种金属焊接不仅大大节约了贵重金属的需用量,降低投入成本,而且可以发挥不同材质的性能优势,满足不同的工作条件对于结构的不同要求。压力钎焊是通过钎料对材料进行焊接的连接手段,压力的存在更有益于钎料的铺展和母材的溶解、扩散。因为自身的特点,压力钎焊连接技术具有焊接温度低、残余应力小、更有益于钎料的铺展等优点,因此在材料的连接、修复等方面具有巨大的潜力。压力钎焊是通过压力和钎料的共同作用对材料连接产生影响,因此可以完成物理和化学性能差异很大的异种金属焊接。相比较传统的焊接方式,压力钎焊在异种金属焊接方面有着无可比拟的优势。但是,压力钎焊也存在本身的不足,例如焊接过程繁琐、不能成批量的投入工业生产当中。在压力钎焊过程中,选择了几种不同中间层材料对铝钢进行了焊接,分析了他们对焊缝结构产生的影响。实验研究发现:(1)中间层材料Cu可以有效地与两种母材连接,因此可以作为过渡层存在。本文选择Cu作为过渡层在不同的压力下完成工业纯铝和Q235钢的异种金属压力钎焊。对不同焊接压力下的试样进行拉伸试验,发现试样均断裂在铝母材,说明焊缝强度满足生产要求。通过相同的方法对6063锻铝和Q235钢进行焊接试验和力学性能测试,发现在一定范围内,随着焊接压力的增大焊缝强度得到提高,焊缝最高剪切强度为31Mpa。通过对焊缝进行能谱分析,研究两种焊缝的结构和原子的扩散情况,进一步探讨出焊缝成形机理。在分析焊缝成形机理过程中得到两种焊接接头力学性能差距大的原因,是因为锻铝与钢的焊接过程焊缝中出现了横向金属间化合物界面。随后结合母材的性能,进一步探讨了金属间化合物界面形成的原因,并且提出了避免这种界面出现的建设性意见:提高焊接压力可以抑制此界面的生成。(2)在压力钎焊过程中,中间层铝硅钎料最终被挤出焊缝,传统铝硅钎料的毛细扩散作用已经丢失,它的作用已经变成排除夹渣、气孔、填满焊缝未熔合缺陷。因此,在压力钎焊中铝钢的连接机理变成铝钢直接接触生成金属间化合物的连接。铝钢直接接触反应形成中间相Al3Fe,虽然结合界面良好,但是因为它是脆性相,所以结合强度不高。(3)焊接过程中增加超声辅助作用可以减薄铝铁脆性相厚度,提高焊缝力学性能;锌的加入也在一定程度上抑制了脆性相的形成,使得中间结合层规整、平滑;由于焊接过程较短,Si粉的加入没有改变脆性相的产生。
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