铝基复合材料焊接方法研究+文献综述(2)
4.3接头力学性能分析 17
4.4本章小结 18
5基于中间层的铝基复合材料等离子焊接头性能分析 18
5.1 焊缝宏观形貌分析 18
5.2 接头微观组织分析 19
5.3 接头力学性能分析 21
5.4 本章小结 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
1 引言
1.1 课题的意义
铝基复合材料具有比铝合金更高的强度和比模量，在汽车、电子和光学仪器、航天航空等领域都有广泛的应用。通常，一种材料在现实生产中的运用情况取决于这种材料本身以及它与其它材料的连接能力[1-2]。因此，本文致力于SiC/6061铝基复合材料TIG焊工艺参数与焊缝质量关系的研究，希望能为铝基复合材料焊接的发展提供理论和实践的参考。
由于增强相SiC颗粒的加入，与铝合金相比铝基复合材料的性质发生了很大的变化。又由于增强相与基体的性质差别很大，比如说熔点、导热导电性以及线膨胀系数等，所以铝基复合材料的焊接存在很大的困难。焊接时，基体金属容易被氧化，易产生气孔、裂纹,增强相与基体金属间易发生界面反应，从而影响其力学性能和焊缝成型质量[3-4]。
若能成功的将TIG焊运用于铝基复合材料的焊接中，该材料的应用前景是十分令人期待的。本课题以此为出发点，研究了TIG焊焊接热输入、基于铝中间层的等离子焊接对铝基复合材料焊缝质量的影响，通过对焊接工艺参数和材料结合机理的分析研究，为铝基复合材料焊接的发展提供理论参考和实践经验。
1.2 铝基复合材料焊接特点与难点分析
铝基复合材料由于加入了增强体，使得其焊接性变得很不好，其主要原因是因为基体与增强相之间的物理化学性质存在很大的差异，比如说熔点、导电性、导热性以及线膨胀系数的差异，因而采用普通焊接方法焊接时易出现气孔、夹杂、成分偏析和焊缝成型不良等缺陷[5]。具体来说铝基复合材料的焊接难点主要体现在以下几个方面：
（1）熔池金属的流动性。由于母材中含有大量的固态增强体SiC、Al2O3颗粒，这些陶瓷颗粒熔点高。焊接时，增强颗粒在熔池中以固态颗粒的形式存在，严重影响了熔池金属的流动性，容易出现焊缝成型不良的缺陷；并且熔池中的气泡很难浮出熔池，易形成气孔；熔池中的氧化物也很难浮到熔池表面，凝固后熔池中易形成夹杂。
（2）基体金属对增强相的浸润性。由于增强颗粒与铝合金基体的接触面表面能较高，在铝基复合材料制备时，通常都要采用加压或者其他一些特殊方法来保证铝合金基体与增强相颗粒的浸润性。而焊接熔池凝固是一个铸造过程，SiC颗粒本来就很难很好的浸润在铝合金基体中。加之，增强颗粒表面可能包围有气体，使其更难很好的与铝合金基体紧密结合，严重影响焊接接头强度。
（3）界面反应。当焊接热输入太小时，熔池粘度高，熔池金属流动性很差。为了改善其流动性并保证足够的熔深和熔宽，热输入不能过小。随着热输入的增大，熔池金属流动性增强，焊缝成型变好。但当热输入达到一定程度时，增强相与基体金属发生界面反应：
生成Al4C3脆性相。该反应初始温度为800℃，随温度的升高，反应加剧。也因此，使得焊接时温度难以控制。
(4)焊缝结晶动力学。因为增强颗粒不能成为结晶核心，因此，被生长的液-固界面排斥到母材与焊缝的熔合区或者聚集于焊缝中心，极易引起结晶裂纹、夹杂以及未熔合等缺陷，