钢/铝异种金属激光复合焊工艺对接头组织性能的影响

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为满足钢/铝异种金属的高效、优质连接需求,以船舶用中厚板钢/铝异种金属对接接头为研究对象,进行激光-MIG电弧复合焊工艺的研究;以车用薄板钢/铝异种金属搭接接头为研究对象,进行双光束激光复合深熔焊接的初步研究。研究不同的激光复合焊接方法及工艺对接头界面组织、结合原理及力学性能的影响。  研究结果表明,在优化的工艺参数下,激光-MIG电弧复合焊及双光束激光复合焊均可实现钢/铝异种金属的有效连接。  当激光-MIG电弧复合热源作用在钢侧,填充钢焊丝进行深熔焊时,送丝速度、焊接速度、激光偏移量对接头的成形、界面组织有重要的影响。接头界面,靠近铝合金的针状及锯齿状金属间化合物为Fe4Al13,靠近钢的连续片状金属间化合物为Fe2Al5,界面金属间化合物的分布及成分存在明显的不均匀性。片状金属间化合物Fe2Al5的平均硬度为898.8HV,铝合金及钢焊缝的平均硬度分别为为67.3HV和269.7HV。拉伸结果显示,接头断裂于钢/铝界面附近区域,为脆性断裂。当激光功率为2730W,焊接速度为16.0mm/s,送丝速度为2.5m/min,激光偏移量为0.6mm时,接头的抗拉力为13.0kN,抗拉强度为87.0MPa。  采用双光束激光复合深熔焊接钢/铝薄板时,能够获得良好的焊缝表面成形。钢/铝界面区金属间化合物为双层结构,靠近钢侧的板状金属间化合物为Fe2Al5,靠近铝侧的针状金属间化合物为Fe4Al13。界面金属间化合物的平均纳米硬度值为9.61GPa要明显高于不锈钢(4.12GPa)和铝合金(1.09GPa)两种母材。拉伸结果表明,小能量分光束在前的接头能获得较大的机械抗力,抗力值为131N/mm,这是由于小能量分光束在前的界面金属间化合物厚度相对较薄。断口形貌分析表明,接头起始断裂于金属间化合物层,为脆性断裂;终止撕裂于铝合金侧,为韧性断裂。  当激光-MIG电弧复合热源作用在铝合金侧时,通过填充Al-Si焊丝可以实现中厚板钢/铝异种金属对接接头熔钎焊的有效连接,通过优化工艺参数可以控制金属间化合物在10μm以下。接头界面金属间化合物的厚度存在不均匀性,但生成了延性较好的Al-Fe-Si三元新相,可以降低接头界面金属间化合物的平均显微硬度至620HV。接头拉伸断裂于金属间化合物和钢的结合界面,为脆性断裂。
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