铝与钢异种材料焊接工艺研究

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铝/钢异种金属复合结构可以充分发挥两种材料的固有优势,具有质轻、强度高以及耐蚀性好等综合优势,在汽车制造、航空航天等领域具有越来越广泛的应用。然而铝与钢之间固溶度低、热物理性能及力学性能差异大以及易形成脆硬的金属间化合物,这使铝/钢焊接成为难点问题。本文针对铝/钢异种金属的焊接特点,分别采用MIG电弧熔-钎焊和电阻点焊技术对纯铝板和钢板进行焊接,探讨不同填充焊丝和镀锌层厚度对铝/钢MIG熔-钎焊接头组织特征及力学性能的影响。研究了铝/钢异种金属点焊接头的微观组织结构,在此基础上,进一步探讨了镀锌层对点焊接头组织和性能的影响。研究结果表明,铝/钢异种金属MIG熔-钎焊接头分为焊缝区、中心界面区、边缘界面区和富锌区。当填充焊丝为ER4043时,焊缝中Si元素的加入有效地抑制了金属间化合物层的生长,铝/钢界面金属间化合物层厚度仅为3-5μm,反应层由Al3Fe相、Al8Fe2Si相和Al5Fe2相组成,此时,焊接接头的拉剪强度最大为132.6MPa,接头的断裂位置发生在焊缝区;当填充焊丝为ER5183时,铝/钢界面反应层厚度为6-8μm,由Al3Fe和Al5Fe2两相组成,焊接接头的拉剪强度为67.9MPa,接头在钎接界面处断裂。在一定范围内镀锌层厚度的增加有利于接头拉剪强度的提高。铝/钢异种金属电阻点焊接头由热影响区和焊核组成,在铝/钢界面处形成了由靠近铝侧细针状的Al3Fe相和靠近钢侧舌状的Al5Fe2相组成的厚度不均匀的金属间化合物层。当钢板表面有镀锌层存在时,锌蒸汽的挥发降低了铝/钢中心界面处的温度,减缓了金属间化合物的生长。此时接头的拉剪强度较高为106.8MPa。
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