超高强钢铝合金异种金属等离子弧焊的研究.docx

超高强钢 / 铝合金异种金属等离子弧焊的研究汽车轻量化已成为节约能源、 降低排放、 减少污染的主要选择对策 增加超 高强钢、铝合金等轻质材料的使用量是实现汽车轻量化的有效技术措施由于钢和铝在物理、 化学性质及晶体结构上存在显著的差异且Fe 和 Al 之间的固溶度极低, 导致钢 / 铝焊接接头极易形成大量脆性的 Fe-Al 金属间化合物 , 严重恶化了焊接性及接头的力学性能, 这已成为制约汽车轻量化技术发展的关键科学技术问题之一 因此 , 开展超高强钢 / 铝合金异种金属等离子弧焊的研究具有重要实用价值和理论意义本文主要研究了 DP1180超高强钢/5A06铝合金等离子弧焊接头的微观组织及力学行为特点 , 焊接工艺因素对钢 / 铝接头微观组织及力学性能的影响规律 研 究结果表明 , 超高强钢 /铝合金等离子弧焊接头具有典型的熔-钎焊接头特征, 接头主要由熔合区、焊缝区和界面区组成熔合区结合良好，无未熔合、裂纹等焊接缺陷焊缝区主要为a -Al固溶体， 由于成分过冷度的变化，从熔合线到焊缝中部a -Al经历了胞状晶、胞状树枝晶、 树枝晶的变化过程焊接过程中发生Fe、 Al 原子的互扩散, 在界面区形成脆性的 Fe-Al 金属间化合物（IMC）层，靠近钢母材为舌状的Fe₂Al₅;靠近铝焊 缝为针状的 Fe₄Al₁₃ 。

钢 /铝接头的显微硬度分布极不均匀 , 由于界面区主要由 Fe₂Al₅ 、 Fe₄Al₁₃ 组成 , 其显微硬度值最高在拉伸应力作用下, 接头脆性断裂均发生在界面区因此, 界面区是钢 / 铝等离子弧焊接头最薄弱的区域根据试马^结果，本文研究探讨了界面IMC生长机制焊接工艺因素对钢/铝接 头的焊缝成形、微观组织和力学性能具有明显的影响钢母材坡口角度45°、 铝母材坡口角度0°有利于改善焊缝成形 使用 Al-Si焊丝条件下，随着焊接电流增加，界面IMC层厚度和接头抗拉强度增加；焊接电流 90A 时接头强度达到最大值（62MPa） ; 进一步增加焊接电流, 由于焊接线能量过大导致界面区产生裂纹, 使接头强度明显降低随着焊接速度增加，IMC层厚度减小，接头强度增加，焊接速度320 mm/min时接头强度达到最大值, 进一步增加焊接速度, 由于焊接线能量减小界面区产生未熔合缺陷，使接头强度降低在本试验条件下，焊接线能量2227J/cm （焊接电流90A、焊接速度320mm/miij时有利于改善钢/铝接头的微观组织及力学性能。

与使用Al-Si焊丝相比，使用Al-Cu焊丝可减小界面IMC层厚度、界面区硬度和产生裂纹的敏感性, 因此明显提高钢/ 铝接头的抗拉强度（118MPa） 这主要与 Cu 阻碍界面 Fe-Al 金属间化合物生长和界面层改性有关在焊接过程中 , 随着 Fe₂Al₅ 、Fe_{4v/sub>Al13v/sub>的形核长大,Cu原子会沉积在已形成的IMC晶粒表面阻碍Fe、 Al 原子的互扩散和 Fe4Al13 的小平面择优生长，使界面层厚度减小由于Cu与Fe的原子结构类似，在界面反应过程中 Cu原子置换 Fevsub>2v/sub>Alvsub>5v/sub>、Fe4v/sub>Al13v/sub> 中的部分 Fe 原子生成（Fe,Cu） vsub>2v/sub>Alvsub>5v/sub> 和（ Fe,Cu）vsub>4v/sub>Alvsub>13v/sub>,改善了 IMC层的综合力学性能及裂纹敏感性，因 此明显提高了钢/ 铝接头的力学性能基于本文研究结果, 在钢母材坡口角度45°和铝母材坡口角度0° ; 使用Al-Cu焊丝；焊接线能量2227J/cm条件下，有利于改善超高强钢/铝合金等离子弧焊接头的焊缝成形, 提高接头的力学性能。}