对低真空条件下铝基复合材料扩散焊接工艺

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1、万方数据第26卷第5期焊接学报v。1．26N。．5205年5月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMay205低真空条件下铝基复合材料扩散焊接工艺高振坤1’2，刘黎明1’2(1．大连理工大学材料工程系，辽宁大连116024；2．哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨150001)摘要：以Al：0，。彻61Al铝基复合材料为对象，研究了在低真空条件下的直接扩散焊接和606lAl铝箔作为中间层的扩散焊接工艺。分析了焊接温度、保温时间与不同焊接工艺所得接头微观组织及强度的关系。同时，分析了低真空度和夹具对接头性能的影响。试验结果表

2、明，两种焊接工艺所得接头强度随温度变化的规律以600cc和640℃为界分为三个阶段，并且随保温时间的延长有所提高。在较高的温度下，压力和液态金属的作用促使氧化膜破碎，有利于接头强度的提高。关键词：铝基复合材料；直接扩散焊接；中间层扩散焊接中图分类号：TG453+9文献标识码：A文章编号：0253—360x(2005)05—73—05两振婶O序言铝基复合材料由于具有高比强度、高比刚度、高耐磨性和耐热性等优异的综合性能而在航空航天、汽车工业、机械产业及体育用品等领域具有巨大的应用潜力，是当今材料学科正在探索与开发的高技术领域。目前，国内外已经采用铝基复合材料加工成曲轴、气缸、自行车架、

3、望远镜架以及飞机的起落架等产品。但是由于这种材料特殊的组织结构，使其采用普通的焊接方法很难获得良好的接头性能，焊接难度极大。从公开发表的技术资料来看，迄今为止国内外关于这种材料的焊接性与焊接工艺的研究进展非常缓慢，严重制约了这种材料在生产实践中的应用。作者以A1：OL／6061Al铝基复合材料为对象，在低真空条件下，通过一系列试验研究了通过直接扩散焊与基体铝合金作为中间层的扩散焊两种工艺焊接铝基复合材料的特点和机理，分析了不同焊接工艺对接头性能及微观组织的影响，探索实现铝基复合材料优质连接的有效工艺。1试验材料及方法1．1试验材料采用挤压铸造法制备Alzo，。／606lAl铝基复合

4、材料。增强相Al：0。的体积比为30％。该复合材收稿日期：2004一06—02料在退火状态下抗拉强度为225MPa。经差示扫描量热仪DSC测定，其液、固温度区间为595～668℃。其显微组织见图1，基体6061Al的化学成分如表l所示。采用与基体相同成分的6061m铝箔作为中间层。图1A1203。／6061AI铝基复合材料显微组织Fig．1MicroStructureOfalumjnummatrixcOmpOsite虬03。／6061AI表16061AI的化学成分(质量分数，％)TabIe1ChemicalCompOsitions0f6061AIa¨oyCuMgMnFeSiZnTi

5、NiAlO．340．750．220．361．26<0．15<0．05<0．05余量1．2试验方法1．2．1接头处理方法将材料加工成10mmx20mm×50mm的尺寸进行对接平焊，并对接头表面进行处理，处理过程为，先用丙酮清洗表面油污，再分别用20％NaOH溶液和20％硝酸溶液浸泡3min，最后用清水冲洗并万方数据74焊接学报第26卷吹干。1．2．2焊接过程扩散焊接过程是在1Pa左右的真空室中进行，通过热电偶和可控硅来测量并控制温度。焊接过程中试件通过自制夹具施加压力，如图2所示。制作夹具的材料为高温合金钢，并且在700℃进行调质。主轴用来调节夹持试件空间范围的大小，当试件固定后，通

6、过旋转螺母加压。焊接过程中工件和夹具随炉升温。在室温下，夹具对接头的初始压力为20MPa左右。在升温过程中，由于夹具受到热膨胀，使其对工件的压力逐渐降低，这恰好弥补了铝基复合材料在液、固温度区间强度非常低，并在稍大的压力下极易发生破碎的缺点。到保温阶段，热胀冷缩现象停止，使接头压力保持在一定数值。保温结束后，工件和夹具在真空状态下自然冷却，夹具收缩使得此过程中接头压力有所升高。主轴螺杆工件螺母、％OⅪ⋯削⋯9脞厂[U7L[一图2试验夹具结构示意图Fig．2SketchOfclampstructureinexper．ment1．2．3试验温度的选取铝基复合材料加热到液、固两相温度区间

7、时仍具有一定刚度，并且存在一个临界温度区间。该区间内焊接结合面上基体、增强相微观连接行为发生了变化，使得接头强度有很大改善¨'2]。因此，作者也对高于和低于临界温度的情况进行了比较。所以试验中以10℃为间隔分别在600℃上下选取了一系列温度点作为试验参数。大量试验表明，当温度超过临界温度时，在焊缝和试件表面会有少量液态金属挤出，如图3所示，为640℃条件下焊后试件的图3640℃条件下焊后试件照片Fig．3Pictureofspecimenweldedat640℃图片。