铝合金_不锈钢对接接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及接头组织性能

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1、国内图书分类号：TG457.19密级：公开西南交通大学研究生学位论文铝合金/不锈钢对接接头激光-MIG复合熔钎焊工艺及接头组织性能年级2015级姓名薛珺予申请学位级别工学硕士专业材料科学与工程指导老师朱宗涛副教授二零一八年五月ClassifiedIndex：TG457.19SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisPROCESS,MICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFALUMINUMALLOY/STAINLESSSTEELBUTTJOINTUSINGLASE

2、R-METALINERT-GASWELDING-BRAZINGGrade：2015Candidate：XueJunyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeSpecialty：MaterialsscienceandengineeringSupervisor：Assoc.Prof.ZhuZongtaoMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要铝/钢异种金属接头的设计能够充分发挥铝合金和钢两种材料的性能优势，是目前实现轻量化结构的重要研究方向之一。将熔钎焊技术应用于铝/钢异种金属

3、焊接，能够有效地抑制大量Fe-Al金属间化合物（IMC）的生成，得到性能良好的铝/钢异种金属接头。对于铝/钢异种金属熔钎焊对接接头，采用传统单热源电弧熔钎焊作为热源，普遍存在铝/钢界面受热不均匀和钢背面受热不良的问题，所得到的接头性能受限。针对采用传统单热源的电弧熔钎焊焊接6061-T6铝合金/304不锈钢异种金属对接接头出现的不锈钢侧背面受热不良的问题，采用激光-MIG复合熔钎焊工艺在不牺牲焊接效率的情况下优化接头整体热源分布，获得连续均匀的界面金属间化合物层组织，进而得到性能良好的6061-T6/304异种金属对接接头。

4、研究了Nocolok钎剂和Al-Si-Mg过渡层对6061-T6/304激光-MIG复合熔钎焊对接接头成形及组织性能的影响。结果表明Nocolok钎剂的使用改善了熔融金属在不锈钢表面的润湿铺展，提升了MIG电弧在焊接过程中的稳定性，减少了焊接飞溅的产生，所得接头的抗拉强度较未使用钎剂的接头有明显地提升；Al-Si-Mg过渡层的使用对接头的成形及组织性能无明显地改善。以板厚为2mm的6061-T6铝合金和304不锈钢为母材，研究了激光-MIG复合熔钎焊工艺中主要焊接参数对6061-T6/304对接接头成形及润湿铺展的影响规律。

5、结果表明，接头的成形及熔融金属在钢表面的润湿铺展主要由焊接热输入决定。在合理范围内提升焊接热输入，能够改善熔融金属在钢表面的润湿铺展，使熔融金属在钢正面和背面的润湿铺展宽度增加，接头的截面形貌得到改善。6061-T6/304对接接头激光-MIG复合熔钎焊成形技术的关键在于对作用在不锈钢侧的激光能量的控制，钢的状态以及接头的组织性能对作用在钢侧的激光能量非常敏感，激光能量应控制在能足够保证钢侧受热的同时避免钢侧发生熔化。同时，通过对6061-T6/304对接接头激光-MIG复合熔钎焊成形技术的研究成功实现了板厚为4mm的606

6、1-T6/304对接接头的焊接，成形及性能良好。采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对6061-T6/304界面的金属间化合物层进西南交通大学硕士研究生学位论文第II页行了表征。结果表明，位于界面的金属间化合物层的成分及组织结构由焊接热输入（焊接参数）决定，在焊接热输入较小时，金属间化合物层为Fe4Al13单层结构，随着焊接输入的增加，金属间化合物层逐渐转变为Fe4Al13+Al8Fe2Si双层结构。Al8Fe2Si层的出现抑制了Fe4Al13层的生长，并使Fe4Al13层的形貌不再致密，最终表现为针状结构。对6061-

7、T6/304对接接头进行了拉伸试验，并对接头的断裂位置和断裂机理进行了分析。结果表明，接头的抗拉强度基本由Fe4Al13层的厚度及形貌决定。焊后去余高的接头断裂并完全失效于Fe4Al13层，通过优化焊接参数，接头的平均抗拉强度可提升至178±7MPa。带余高接头断裂起始于Fe4Al13层，根据熔融金属在钢正面和背面上的润湿铺展宽度以及两侧余高内部的气孔缺陷可分为三类断裂模式，通过优化焊接参数，接头的平均抗拉强度可提升至200±4MPa，约为6061-T6母材抗拉强度的76.9%，断裂发生在6061-T6的热影响区。Nocol

8、ok钎剂中吸附残留的水分是造成6061-T6/304激光-MIG复合熔钎焊对接接头焊缝内部存在大量气孔缺陷的主要原因。但钎剂的使用不可避免，可通过增强熔池的流动和减缓熔池的冷却速率来降低焊缝内部气孔的形成几率，从而起到抑制气孔的作用。以焊缝截面气孔率作为响应值，对影响焊缝内部气孔缺陷的三个