铝基复合材料焊接方法研究+文献综述(3)
（5）接头表面氧化膜和强度问题。铝是一种极易氧化的金属材料，通常在铝基复合材料表面也有一层氧化铝薄膜，其熔点高，在熔焊时易形成夹杂，在固相焊时，氧化膜的存在严重的阻碍了原子扩散的进行，影响焊接质量。为了改善焊缝质量，常采用Al-Si填充焊丝，因其不含增强相，所以焊缝强度一般不及母材强度高。另外，焊接时接头处发生的结合有基体-基体、基体-增强相、增强相-增强相之间的结合，其中基体-增强相、增强相-增强相之间的结合都属于弱连接，尤其是增强相-增强相的结合，对接头强度影响很大[6-8]。
1.3 铝基复合材料研究现状
1.3.1 铝基复合材料的熔焊
自铝基复合材料发展以来，研究者们对其TIG焊、MIG焊、等离子弧焊、电子束焊以及激光焊都进行了研究。重点研究了焊接热输入、是否加入脉冲、填充焊丝以及保护气成分对铝基复合材料焊接质量的影响[9-10]。
目前铝基复合材料的TIG焊是其在熔焊领域研究得比较多的一种焊接方法。郑州大学汪喜和等人对铝基复合材料填丝TIG焊进行了研究[11-13]。对比发现无填丝时，很难形成鱼鳞纹，焊缝的外观形貌非常差，如图1-1；填充铝硅焊丝时可以得到满意的鱼鳞纹，抑制界面反应，有效的改善了焊缝外观如图1-2所示。
图1.1 无填丝TIG焊接头 图1.2 填充Ai-Si焊丝TIG焊接头
南京航天航空大学王少刚等人对SiC/Al复合材料脉冲氩弧焊接进行了研究[14]。研究发现焊接时，脉冲的加入增大了对熔池金属的搅拌，改善了熔池金属的流动性，改善了焊缝成形情况。南京航空航天大学王少刚，徐九华等人提出为了进一步提高焊缝质量，可在焊缝金属中添加合金化材料如Ti、Ni等，通过合金元素发生“原位”诱发反应，可避免SiC/Al之间的界面反应，同时生成TiC、Al3Ni等可充当增强体，提高接头强度。北京矿冶研究总院翟国娟，谢建刚等人采用交流TIG焊进行了工艺参数研究试验，研究采用了90mm×50mm×3mm试样，研究发现焊接电流低于120A时，试件不能熔透，电流超过170A时，试件变形严重[15]。
江苏大学蒋海浪等人采用铝-钛-镍-硅合金为填充材料，用Ar-氮混合等离子气体进行了等离子弧原位焊接，未生成Al4C3脆性相，也没有气孔和裂纹等缺陷[16]。江苏大学雷玉成等人也做了相关研究，结果发现焊缝“原位”合金化等离子焊是焊接铝基复合材料焊接的有效方法[17]。
哈尔滨工业大学的牛济泰等人对SiCw/6061铝基复合材料激光焊进行了研究[18]。张德库老师等人也对铝基复合材料激光焊工艺参数进行了研究[19]。结果表明，激光功率和焊接速度对焊缝质量的影响较大，具体来说对于2mm厚的试样，190W比较合适。激光功率过小，容易产生未焊透，功率过大则飞溅大界面反应严重。上海交通大学的崔海超等人也对铝基复合材料“原位”合金化进行了研究[20]结果表明，在适当的工艺参数下，“原位”合金化激光焊可以得到良好的铝基复合材料焊接接头。
1.3.2 铝基复合材料扩散焊
由于熔焊的方法无法避免界面反应，生成的脆性相会恶化接头力学性能，因此，铝基复合材料的扩散焊深受研究者们的重视。中国科学院金属研究所的赵明久等人对铝基复合材料扩散焊的参数进行了探索。研究了温度、压力以及保温时间对接头强度的影响，结果得出在温度570℃、压力16MPa、焊接时间为60min大条件下，得到的接头质量最好。目前研究者们提出了瞬间液相扩散的概念，哈尔滨工业大学的刘黎明，牛济泰首次提出了液相扩散焊，当焊接温度介于基体铝合金液、固两相温度区间时，接触面上出现液态金属，可提高接头强度。近几年，对铝基复合材料固相焊中间层的研究也比较多，北京航空制造工程研究所的张蕾等人研究了铝基复合材料铜中间层TLP扩散连接试验[21]，获得了高强度焊接接头。上海交通大学冯涛等人对含Ni夹层SiC/2014Al铝基复合材料扩散焊进行了研究[22]，成功的实现了铝基复合材料含Ni中间层的真空扩散焊接，接头如图1.3所示。