基于cusi3焊丝的激光熔钎焊钢铝异种金属工艺分析

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1、第39卷第9期焊接学报Vol.39(9):006−0122018年9月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONSeptember2018基于CuSi3焊丝的激光熔钎焊钢/铝异种金属工艺分析崔凌越，米高阳，胡席远，王春明(华中科技大学材料科学与工程学院，武汉　430074)摘要：采用直径1.6mm的CuSi3焊丝对钢/铝异种金属进行激光填丝熔钎焊.使用光学显微镜观察了焊缝宏观成形，利用SEM,EDS,XRD分析了接头微观组织，通过原位纳米压痕仪和拉伸试验机测试了接头力学性

2、能.结果表明，采用CuSi3焊丝实现了6061铝合金和镀锌板的激光搭接熔钎焊，优化了工艺参数，获得了成形良好的焊缝.焊缝呈现三个特征区：钢侧界面区、焊缝中心区和铜焊丝/铝过渡区.进一步研究表明，铜焊丝/铝过渡区组织包含Cu9Al4和CuAl2金属间化合物，呈现带状、粗大骨架状、细小骨架状夹杂层片状和树枝状四种形貌.铜焊丝/铝过渡区硬度远高于相邻区域，粗大骨架状区域硬度最高达到9.97GPa，拉伸断裂于粗大骨架状区域，断口呈现脆性断裂.关键词：铝合金；镀锌钢板；激光熔钎焊；CuSi3焊丝；铜/铝金属间化合物中图

3、分类号：TG456.7文献标识码：Adoi：10.12073/j.hjxb.20183902150序　　言成一个外延区域，扩大了焊缝的有效区域.杨旭东等人[18]也采用铜做中间层激光焊接铝/钢异种金属，研铝合金具有密度小、良好的加工成形性以及高究表明Cu元素抑制粗大板条状Fe4Al3的产生，添的回收再生性等优点.钢具有优异的综合力学性能.实加铜箔后焊缝抗拉载荷提高45%.综上所述，铜基材现钢/铝异种接头高性能连接因能最大限度地利用材料作为填充金属焊接钢/铝异种金属值得深入研究.料各自优点达到节能减排的目标而备

4、受关注[1-2].激研究采用直径1.6mm的CuSi3焊丝焊接6061光焊与传统连接方法[3]相比具有自动化程度高、能精铝合金和镀锌钢板的激光熔钎搭接焊，优化了工艺确控制热输入、焊后应力应变小等优点，被广泛用于参数，深入了解微观结构特征并探究微观组织对接钢/铝异种金属的连接.但因为钢与铝物理性能和化头力学性能的影响.研究结果为后续铝/钢异种金学性能(熔点、线膨胀系数、导热率、比热容)差异较属添加材料的激光熔钎焊提供了试验和理论基础.大，且易生成硬脆的Fe-Al金属间化合物[4]，会直接影响接头质量使激光焊接钢

5、/铝异种金属成为难点.1试验方法为了解决上述问题，过去研究多采用填充材料的激光熔钎焊的方法，例如填充锌基焊丝(ZnAl15[5])、试验材料选用6061铝合金和经过热镀锌的铝基焊丝(AlSi3Mn[6],AlSi5[7],AlSi12,Al-Cu[8])、纯DP590钢，镀层厚度60g/m2(约8.4µm)，试板尺寸铝粉末、镀可润湿性金属(Zn[9],Al[10])等，均有效提分别为150mm×100mm×1mm和150mm×100mm×高了钢材表面润湿性，抑制了金属间化合物(IMC)0.7mm，焊接使用Cu

6、Si3焊丝，焊丝直径为1.6mm，的生长.但到目前为止，很少有报道其它有效的填化学成分见表1.试验采用IPG的YLR-4000光纤激充材料用于钢/铝异种金属焊接.近年来，铜基材料光器作为焊接热源，焦长为250mm；所用机器人为作为填充金属被广泛用于异种金属材料的连接，例ABBIRB4400型专用焊接机器人.焊前首先对铝合如镁/钢异种金属接头[11-13]和钛/钢异种金属接头[14-16]，金进行机械打磨，既可以去除氧化膜又能提高对激均使接头强度得到明显提升.Chen等人[17]采用铜光的吸收率，然后用丙酮清洗

7、铝合金和镀锌钢板以箔作为夹层金属，进行铝/钢异种金属激光焊.揭示去除表面油污.试验采用铝板在上钢板在下的搭接了加入的铜夹层和铝合金中间发生接触反应钎焊，生形式，采用氩气对焊缝进行保护.搭接装置示意图如图1所示.收稿日期：2017−05−01基金项目：国家自然科学基金重点项目(51323009)焊接时，离焦量为+30mm，使激光处于散焦状第9期崔凌越，等：基于CuSi3焊丝的激光熔钎焊钢/铝异种金属工艺分析7表 1   母材和焊丝化学成分(质量分数，%)态.焊丝位于光斑正中，且焊丝边缘与搭接边缘相Table 1

8、    Chemical compositions of substrates and filler切.激光将CuSi3焊丝与和部分铝合金母材熔化，wire铺展到未熔的镀锌钢板上最终形成熔钎焊接头.控焊接材料SiFeCuMnMgZnAl制保护气流量1.5m3/h，离焦量+30mm不变，分别60610.720.40.210.091.10.02余量改变激光功率、焊接速度和送丝速度进行三组单因DP590≤