铝合金/不锈钢TIG熔钎焊接头性能分析

作     者：杨丽群 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董红刚

授予年度：2011年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：铝合金 不锈钢 熔钎焊 显微组织 力学性能 

摘      要：铝合金/不锈钢异种金属连接件结合了铝和钢各自的优点,具有质轻、高强、导热导电性好以及耐腐蚀性强等优势,在汽车制造、船舶、航空航天等领域显示了良好的经济效益,得到了越来越广泛的关注。但由于铝、钢之间的热物理性能差异大,固溶度低易生成脆性化合物等特点,使得铝/钢二者之间的连接成为焊接界的难点,尤其是铝与无镀层钢之间的直接弧焊连接,更是鲜有报道。 本文旨在采用ZnAl15和A1Si12药芯焊丝,开展铝合金和不锈钢之间的TIG熔钎焊工艺研究,探讨焊接电流、行走速度和送丝速度等焊接工艺参数以及热处理温度和保温时间等焊后热处理工艺参数对铝/钢接头显微组织和性能的影响,以期得到综合性能优良的异种金属接头。 研究结果表明,对2mm厚铝合金母材,采用ZnAl15药芯焊丝,可实现强度为121MPa的铝合金/不锈钢接头,而AlSil2药芯焊丝连接的接头强度高达162MPa。焊后热处理工艺能显著提高接头的连接强度,ZnAl15焊丝连接的2mm铝合金板/1．5mm不锈钢板接头经280℃保温30分钟退火处理后,其抗拉强度可由89MPa提高至180MPa;而相同条件的热处理工艺能使1mm铝板/1.5mm不锈钢板接头的强度高达203MPa,接近焊态强度(73MPa)的3倍。热处理温度的升高以及保温时间的延长则会恶化接头的力学性能。 采用ZnAl15焊丝连接接头的焊缝区域由富铝固溶体(A1)、富锌固溶体(Zn)和富锌氧化物等相组成,金属基体和氧化物陶瓷相使得焊缝中形成了金属陶瓷组织,改善了接头的硬度、强度等力学性能,富锌氧化物是影响接头强度的关键因素之一。焊态和不同热处理态下该接头界面层厚度都不超过3μm,主要由FeAl3和Fe2Al5等金属间化合物与Zn固溶体组成。而采用AlSi12焊丝的接头界面层则主要由τ5-Al7.4Fe2Si相组成,其呈锯齿状生长,使得界面层厚度参差不齐。