铜铝异种金属激光焊接头组织特征及力学性能

《铜铝异种金属激光焊接头组织特征及力学性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第34卷第10期焊接学报Vol．34No．102013年10月TＲANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONOctober2013铜铝异种金属激光焊接头组织特征及力学性能1，21，221，2薛志清，胡绳荪，左迪，申俊琦(1．天津大学天津市现代连接技术重点实验室，天津300072;2．天津大学材料科学与工程学院，天津300072)摘要:铜铝异种金属薄板的激光焊加热和冷却速度快，焊缝区温度梯度和成分浓度梯度大，接头微观组织具有特殊性．通过激光焊接试验、拉伸测试、焊缝横截面及断口SEM和DES分析，研究了铜铝薄板的激光搭接焊接头组织分布特征

2、及其对性能的影响．结果表明，在高温度梯度和浓度梯度下焊缝区形成了组织形貌不同的区域，分别是平行排列的板条状过共晶组织区、板条状过共晶组织与共晶组织混合区(简称混合区)、片层状的共晶区以及枝晶状的亚共晶区．拉伸剪切断裂在混合区．随着焊接速度的增加，混合区的宽度变窄，混合区的过共晶组织由等轴状向板条状转变，试件承受的最大剪切力随之增大．关键词:激光焊;异种金属;微观组织;力学性能中图分类号:TG456．7文献标识码:A文章编号:0253－360X(2013)10－0051－04薛志清0序言成成分浓度梯度高的铜铝焊缝区．焊缝区将呈现不同的组织形貌及成分分布．铜铝搭接激光焊时

3、所形铜铝异种金属之间在物理性能方面存在很大的成的焊缝区组织形态、分布及其对接头力学性能的差异［1－3］，例如熔点、密度、导热、比热容等．铜和铝影响正是人们所关注的问题．的导热性良好，铜的热导率是铝的1．67倍［4］．因此文中主要研究铜铝薄板激光搭接焊过程中接头铜铝异种金属焊接过程中，无论是铜在上铝在下还在快速熔化和冷却条件下微观组织特征及其对力学是铝在上铜在下，铜和铝的温度分布均不同．由于性能的影响．铝的熔点低于铜的熔点，且铜的热导率高于铝，所以铝在上铜在下搭接焊时，铝容易过热烧损，而铜却不1试验方法容易受热熔化，很难形成搭接焊缝．铜在上铝在下搭接焊时，铜受热后很快将

4、热量传导给铝，且铜的熔铜铝激光搭接焊(铜在上、铝在下)试验采用固点高于铝，因此铜和铝容易同时受热熔化形成良好体激光器Nd:YAG(JK2003SM)，纯氩气作为保护气的焊缝．焊接时铜铝熔化形成熔池，在表面张力、重体．激光功率为1650W，激光光束半径为0．4mm，力以及浮力的共同作用下熔池液态金属铜铝发生流保护气体流量为25L/min．焊接速度分别采用125，动，铜和铝相互混合．由于焊接时间很短，铜铝混合135，145和155mm/s．所用的材料为工业纯铝不充分导致焊缝内部成分不均匀．同时铜铝在焊接(1060)和纯铜(T2)，铜铝试样尺寸均为100mm×［5－7］过程

5、中易形成金属间化合物，例如Cu2Al，20mm×0．3mm．激光焊接试验之前用砂纸对工件Cu2Al3，CuAl和CuAl2．金属间化合物形态和分布表面进行打磨，提高铜表面粗糙度，进而增加铜表面［3，4－6，8］会影响铜铝接头的力学性能．对激光的吸收率．激光焊具有能量密度高、焊接速度快和热影响焊后沿工件横截面进行切样、打磨和抛光．试［9］区窄等特点．铜铝异种金属薄板激光焊接时，加样采用keller试剂进行腐蚀，腐蚀剂的体积分数为热和冷却速度快，熔池温度梯度高．由于加热和冷1%HF，1．5%HCl，2．5%HNO3，95%H2O．铜铝却时间短，熔池金属铜和铝来不及混合和扩

6、散而形接头微观组织和成分分布采用SEM和EDS进行分析．工件的拉伸抗剪强度采用CCS-44100测试仪进收稿日期:2013－04－17行测试．每组数据测试三次，然后取平均值．断口基金项目:国家自然科学基金资助项目(50975195)形貌及成分分析采用SEM和EDS．52焊接学报第34卷该区域的宽度．图2中不同区域的SEM放大如图32试验结果及讨论所示．2．1微观组织特征及成分分布焊接速度为135mm/s时，铜铝焊接接头横截面的光学微观组织形貌如图1所示．图1铜铝搭接接头横截面微观组织Fig.1OpticalimageofCu-Allapcross-section图3铜

7、铝接头过渡区微观组织放大Fig.3MicrostructureofCu-Alintermediatelayerathigh由图1可以看出，焊接过程中在表面张力、浮magnification力、重力等的共同作用下，液态铝向铜流动并在铜板侧形成铜铝结合区．虚线框部分结合区的SEM分图2和图3中不同区域微观组织形貌特征以及析结果如图2所示．相应的成分如表1所示．表1铜铝结合区组织形貌及对应的成分Table1MicrostructuremorphologyandcorrespondingcompositionsofCu-Aljoint区域形貌特征wCu(质量