钢/铝异种金属对接接头光纤激光填丝熔钎焊研究

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本文首次采用光纤激光和ER4043Al-Si焊丝对6013铝合金和镀锌低碳钢的异种金属对接接头进行了激光填丝熔钎焊,研究了焊缝成形、接头中的金属间化合物组织形貌和厚度,以及熔钎焊接头的力学性能。激光填丝熔钎焊工艺试验表明,焊缝表面成形受到激光功率、送丝速度、偏移量的共同影响。在激光功率为3.05kW时铝合金母材完全熔透;送丝速度6m/min时焊缝成形较好;偏移量参数为0.5mm时焊缝成形较好。采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了熔钎焊对接接头的微观组织,典型激光填丝熔钎焊对接接头组织形貌和成分显示:在钢一侧钎接界面处生成了层状的金属间化合物组织,厚度在2μm到6μm之间,而且还具有分层结构,靠近钢一侧主要成分为FeAl2,靠近铝合金焊缝一侧的金属间化合物主要成分为FeAl3;钢一侧的金属间化合物边缘平直,靠近铝合金焊缝一侧的金属间化合物边缘呈锯齿状,说明金属间化合物是由钎接界面向铝合金焊缝方向生长。热输入量对金属间化合物的厚度影响主要研究了激光功率、偏移量,以及送丝速度三个因素对金属间化合物的影响。随着激光功率增加,金属间化合物厚度相应地增加;随偏移量增加,金属间化合物厚度相应地减小,在偏移量为1mm时不能形成有效连接;随着送丝速度增加,金属间化合物厚度相应地减小。体现为熔合比参数时,金属间化合物厚度随熔合比增加而增大。激光功率、偏移量、送丝速度对接头抗拉强度的关系;随着激光功率的上升,在通过熔透深度计算抗拉强度时,接头抗拉强度随激光功率增加而降低;随着偏移量的增加,接头抗拉强度提升有限,而且还受到接头成形的限制,在1.0mm偏移量时不能形成有效连接;随着送丝速度的增加,在通过熔透深度计算抗拉强度时,接头强度随送丝速度增加而增加。抗拉强度还受到坡口角度、镀锌层厚度的影响。
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