5083铝合金/EH36钢CMT电弧熔钎焊工艺研究

作者:黄燕;赵悦;王欢;林坤 刊名:热加工工艺 上传者:谢璐静

【摘要】以对接K型坡口接头形式采用双面焊,实现了4 mm厚的铝/钢CMT连接,研究了焊接工艺参数、特种钎剂对焊缝成形及接头组织与力学性能的影响。结果表明:合适的钎剂和焊接工艺可得到力学性能较好的焊接接头;扫描电镜结果发现界面层厚度可达8μm。

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冷金属过渡(coldmetaltransfer,CMT)技术是通过协调送丝监控和过程控制实现焊接过程中“冷”和“热”交替的一种焊接工艺,具有焊接热输入小、易于实现自动化等优点[1-2]。铝/钢异种金属连接的复合结构同时具备了铝合金质量轻、耐腐蚀性好和钢的经济效益好的双重优势,广泛应用于汽车、船舶、石油化工、航空航天、电力等行业中[3]。但铝与钢两种金属之间的固溶度较低、热物理性能差异较大,在焊接接头内极易生成硬而脆的Fe-Al金属间化合物[4]。这些原因使得传统焊接方法无法很好的焊接铝/钢异种材料,由于CMT电弧熔钎焊具有熔化焊与钎焊两种焊接方法的共同优点,目前越来越多的焊接工作者使用这种工艺对铝/钢异种材料进行焊接[5-6]。CMT钎焊作为一种新的焊接技术,已广泛应用与汽车、航天航空等行业薄板铝/钢焊接,但对于厚度大于2mm板材焊接的研究较少。本文以AlSi5焊丝作为填充材料,采用CMT熔钎焊实现了4mm厚的5083铝合金与EH36钢板的焊接,接头为K型接头采用双面焊,研究了焊接工艺参数及钎剂对焊缝成形及接头组织与力学性能的影响。实现铝/钢厚板CMT电弧熔钎焊,对于扩大其应用范围具有重要意义。1试验材料与方法选用100mm100mm4mm的5083铝合金与镀锌EH36钢板作为母材;焊丝选用直径为1.2mm的ER4043AlSi5焊丝;选用Noclock+锌粉作为焊接钎剂,钎剂的化学成分主要是KAlF4。试验采用奥地利Fronius公司生产TPS5000系列数字化CMT焊机。首先用喷砂法将钢板表面的油漆去除干净,用丙酮清理水渍和油污,利用线切割将钢板正反面加工出宽度为10mm、高度为2mm的坡口。将钢板与5083铝板组合成K型接头后安装在CMT焊机工作台上并用夹具夹紧,在坡口处涂上预先调配好的钎剂,待钎剂风干后焊接正面;正面焊接完成后对反面进行简单清根,然后涂上钎剂待其风干后进行焊接。焊接过程中使用氩气进行保护,氩气流量为18L/min。焊后利用照相机、金相显微镜、SEM观察焊接接头的宏观及微观组织形貌。将焊接试样根据GB.T2651-2008制成拉伸试样,在万能拉伸试验机上进行拉伸试验。结合焊接接头力学性能的测试结果、焊缝宏观形貌以及显微组织,分析焊接工艺参数对铝/钢异种材料K型接头显微组织及力学性能的影响规律。2试验结果及分析2.1铝合金/EH36钢CMT电弧熔钎焊接头宏观形貌图1是不同焊接参数下5083铝合金/EH36钢K型接头CMT电弧熔钎焊接头的宏观形貌,其焊接参数如表1所示。图1(a)为参数1条件下K型焊接接头正面及背面焊缝的宏观形貌。通过测量发现正面余高4mm,焊缝宽度7.6mm;反面余高5mm,焊缝宽度8mm。焊缝余高略有超差。图1(b)为参数2条件下K型焊接接头正面及背面焊缝宏观形貌。通过测量发现正面余高2.8mm,焊缝宽度7.4mm;反面余高2.9mm,焊缝宽度8.3mm。图1(c)为参数3条件下K型焊接接头正面及背面焊缝宏观形貌。通过测量发现正面余高3.1mm,焊缝宽度8mm;反面余高3.7mm,焊缝宽度8.2mm。从图中可以发现,钢板表面涂覆焊剂后焊缝成型较好,这可能是因为焊剂有助于促进钎料的润湿铺展性能。比较图1(a)、(b)可以发现,在送丝速度一定时,随着焊接速度的增加,余高随之增加,这可能是因为焊接速度快,焊接热输入小,钎料尚未与母材充分反应便凝固了。比较图1(a)、(c)可以发现,在焊接速度一定时,随着送丝速度的增加焊缝越宽,这可能是因为送丝速度越大,焊接电流越大,焊接热输入变大,钎料与母材反应充分,润湿铺展性能变

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