对于未来焊接钢和铝的常温金属过渡

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1、维普资讯http://www.cqvip.com国外科技铁道机车车辆工人第1O期2005年10月文章编号：1007—6O42(2005)l0—0027—04未来焊接钢和铝的常温金属过渡[美国]试验表明，用改进型的GMAW工艺焊接钢和铝，有好的抗拉强度、耐腐蚀性以及极限疲劳强度。铝与钢焊接能改善工业领域内零件的特性。尤其是汽车行业，这两种金属的结合通过减轻重量，使耗费的能量最少。直到最近，这两种金属零件的机械连接仍为压接，螺纹连接，等，大多数用于零件间的系牢或折弯绑扎。由于加热后金属间相的变形，而且这些相很脆，降低了接头焊接点的机械性能，因此加热焊接的方式被

2、绝对禁止。另一种试图焊接钢与铝的方法是使用结合压力装置的激光系统。这篇文章描述了称之为常温金属过渡(CMT)的、曾用于焊接镀锌钢与6OOO型(铝镁硅)铝合金以及与某些约束型5000(铝镁)铝合金的改进型的气体金属电弧焊系统。因此，减轻重量和降低能耗是使两种不同特性材料完成焊接的重要任务，能获得两种材料的所有优点，如重量减轻和得到高的导热、导电性。钢和铝的焊接还能导致经济方面的优势。铝因其耐蚀性好和焊接性优良已广泛应用在许多领域。密度小也是铝的一个重要性能，在航天和汽车工业上有助于减轻重量和降低油耗。许多汽车已经有了铝框架。当铝与钢焊接时，这些材料各自的特殊

3、优点可以被利用。直到现在这些材料大多数是通过机械工艺连接的，如压接和铆接。加热焊接工艺，如摩擦焊、点焊或爆炸焊只能用于那些有非常特殊的几何形状接头并且受到许多限制。激光束焊接或激光压力焊需要很大的努力。问题和要求铝与钢的加热焊接存在许多问题。化学和物理性能(例如，熔点，热膨胀系数，弹性模量)的差异，铝在钢中的不溶性导致许多脆性金属相(IMP)的变形。可焊板的厚度取决于焊接过程中热量的输入，产生的金属间相降低了接头的焊缝静态和动态的抗拉强度。图1所示是Al—Fe二元相图。仅有很少百分比的铝固溶于铁。对于12％重量的铝，发生了显维组织晶粒的一27—维普资讯ht

4、tp://www.cqvip.com国外科技铁道机车车辆工人第l0期2(105年10月变化并形成了像FeAl和FeAl的化合物。这些化合物硬而脆。对于含量较高的铝，这些非常脆的金属间相组织FezAl、FezAl和FeAI3形成后通过体积扩散使铝进入铁或使铁进入铝。这样的扩散是由不同的化学势引起的。腐蚀也是一个大问题。电化学差大，非惰性零件发生的腐蚀也大。对于好的焊接，金属相间的厚度应当小于10m。试验和结果·这篇文章介绍的实施了12a之久的研究，开发了用于镀锌板和厚度为0．8～3mm铝板的弧焊工艺。这项称之为常温金属过渡的工艺是一种改进型的气体金属电弧焊(

5、GMAW)工艺。在这项工艺中，用填充金属焊接铝基金属，结果比直接将铝或钢焊接到镀锌钢表面性能优越。基本试验是在呈搭接结构的1mm厚板材上进行的。试验由机器人完成。焊枪位置的选择应使电弧汇聚于熔化的铝及填充金属上。焊枪位置只允许有小的偏差。接着试验不同焊枪的位置和结构，可能的钎焊接头[2F，3F(坡底)，3F(坡顶)]，填充接头[1F，2F，3F(坡底)]，边缘接头[1F，3F(坡底)]，以及对接接头[1G，3G(坡底)]。合金试验是Al—Mg0．4一Si1．2(EN．AW6016)和DDS47G47GU(每边有7．5m的镀锌层)，进一步试验其与A10．8M

6、g一0．9Si(EN—AW6120)／DDSG40(每边有10ttm的镀锌层)，A1．5Mg—Mn(EN．AW5182)／CSG90(每边有20ttm的镀锌层)的结合。图1所示为低倍率的放大图；图2为搭接接头的金属间相(Al—Mg0．4一Si1．2／DDS47G47GU)。图1清楚地表明了不同类型的焊接：铝是弧焊而钢是钎焊。图2的金属间相厚度为2．1ttm。在所有的试验中金属间相的厚度都小于10m，因此，基体金属的性能比脆性金属间相对接头有更大的影响。在拉伸试验中，。图l低倍率放大图图2钎焊的金属间相一28一维普资讯http://www.cqvip.com

7、国外科技铁道机车车辆工人第1O期2005年1O月断裂总是发生在铝的热影响区，有时甚至在铝的基体内。表1列出了平均抗拉强度值。表1抗拉强度(DIN50123)基体金属抗拉强度／MPaAI一0．4Mg一1．2Si(1mm)(1mm)l45AI-0．4Mg一1．2Si(1mm)CSG90(1．5mm)l66．7AI一3Mg(1mm)DDSG40(1mm)l30．3AI一5Mg-Mn(1mm)DDSG40(1ram)134．5AI-5Mg-Mn(1ram)CSG90(1．5mm)l75．13当焊接热处理合金(6000型)时，由于沉淀作用引起热影响区抗拉强度的降低，

8、因此，热影响区是强度最弱区，其强度约下降30％一40％。图3所示是