6061铝合金/316L不锈钢CMT熔钎焊工艺

作者:朱强;贺宁;张彦超;雷玉成; 刊名:焊接 上传者:侯同京

【摘要】对1.5 mm厚6061铝合金和2 mm厚316L不锈钢进行搭接焊,所选焊丝为4043铝硅焊丝。运用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及万能拉伸试验机研究了焊接工艺参数对焊缝成形及焊接接头界面组织与力学性能的影响。研究结果表明,焊接参数对焊接接头宏观形貌有显著的影响,钎焊界面处不可避免的生成以FeAl_3,Fe_2Al_5为主的金属间化合物相。拉剪试样断裂于钎焊金属间化合物层处,金属间化合物层厚度过大或过小都会影响焊接接头抗剪强度,厚度为1. 5μm时试样抗剪强度最高可达50 MPa。

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0前言铝合金质轻且柔软,加工性能好,易于再生,广泛应用于国民经济与国防建设中[1-2]。而钢材性能可靠、价格低廉,是制造业中使用最多的材料之一。为了充分发挥铝合金和钢材两种材料各自的优点,可将两种材料进行异种金属焊接,具有广阔的应用前景和经济效益[3]。然而,由于铝合金和不锈钢自身性能差别较大,铁在铝中基本不溶,并且在施焊时不可避免的产生变形和残余应力,限制了其应用范围。铝与钢电弧熔钎焊技术的研究与发展为钢铁材料与铝合金之间结合强度的提高提供了可行的技术支持,越来越多的焊接领域应用该工艺对两种材料进行焊接[4],同时对焊接材料的选用、界面层的控制等也进行了研究[5-7]。CMT(冷金属过渡技术)是奥地利Fro-nius公司推出的一种新型焊接工艺技术,已广泛应用于航空、机车制造行业及桥梁和钢结构的焊接。它的过渡方式与传统的熔滴过渡方式有很大区别,该技术是通过协调送丝监控和过程控制实现焊接过程中冷热交替焊接,具有热输入低的特点[8]。目前,国内外对于铝合金与无镀层不锈钢的CMT熔钎焊研究较少,鉴于两者难以获得较高强度搭接接头的难点,文中使用CMT焊机,在不同的焊接参数下,完成6061铝合金和316L不锈钢的搭接焊试验,焊后研究焊接参数对其组织和力学性能的影响。1试验材料与方法试验采用奥地利Fronius公司生产的TPS5000系列数字化CMT焊机进行铝合金/不锈钢异种金属的搭接焊。试验母材选用规格为200 mm×50 mm×1. 5 mm的6061铝合金和200 mm×50 mm×2 mm的316L不锈钢板,其化学成分见表1和表2。填充材料选择规格表1 316L不锈钢化学成分(质量分数,%)CSiMnPSCrNiMo0. 0320. 681. 400. 0310. 005 618. 0811. 632. 29表2 6061铝合金化学成分(质量分数,%)SiFeCuMnMgZnTiAl0. 40. 70. 150. 150. 8~1. 20. 250. 15余量1. 2 mm的ER4043焊丝,其化学成分见表3。为了增加材料的润湿铺展性,焊接过程中添加改良Noclock+锡粉作特种钎剂。焊前使用砂纸打磨待焊材料以去除表面氧化层和表3焊丝的化学成分(质量分数,%)SiMgCuMnZnFeAl4. 5~5. 00. 040. 020. 010. 090. 2余量其他杂质,并用丙酮擦洗待焊区域,去除材料表面油污,待材料风干后进行试验;试验中采用铝板在上、不锈钢板在下的搭接形式,搭接宽度为10 mm,在不锈钢的搭接处涂抹上预先调配好的特种钎剂,待钎剂烘干后用夹具固定在CMT焊接工作台上进行焊接,焊接工艺参数见表4。焊后分析焊接接头的微观组织及物相组成,接头处取拉剪试样进行拉剪试验,用显微硬度计测定接头各部分的硬度进行比较。最后,结合宏观形貌、微观组织及抗剪强度,找出最优试验参数。表4 CMT熔钎焊工艺参数参数焊接电流I/A电弧电压U/V送丝速度vf/(m?min-1)焊接速度vw/(mm?min-1)热输入E/(J?min-1)1689. 12. 7230161. 602689. 12. 7250148. 753689. 12. 7270137. 514638. 82. 5250133. 055739. 42. 9250164. 672试验结果与分析2. 1焊缝宏观形貌图1是不同参数下6061铝合金/316L不锈钢CMT焊接接头的宏观形貌。由图可见,在钎剂的作用下,焊缝成形较好,焊接过程中电弧稳定燃烧且无飞溅,焊缝连续均匀,且焊缝向不锈钢侧润湿铺展较理想。比

参考文献

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