基于镀锌钢板的铝镁异种金属CMT焊接试验研究(2)
5.3本章小结 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
1 引言
1.1课题的意义
现代工业技术的发展不断推动着产品性能的提高，降低结构重量成为提高性能的重要措施，尤其在汽车飞机等机械行业。铝、镁及其合金具有的独特优势在航天航空、汽车、机械制造、电工及化学工业中已大量应用。
由于镁、铝应用具有广泛性和交叉性，以及在某些特殊场合的特殊要求，使得将两者进行焊接，形成复合结构成为必要[1]。如果能够得到界面结合牢固的焊接接头，就能充分发挥异种材料各自的性能优势，减低结构重量, 节约材料，扩大两者的应用[2]。由于两者很难得到满意的焊接接头，Mg/Al异种合金焊接成为了当前研究的难点。铝镁异种金属能够成功的达到使用强度的连接，是十分令人期待的。
本课题以此为出发点，利用CMT焊接技术进行了基于镀锌钢板的镁铝异种金属的MIG焊接探索性试验，通过对焊接工艺和机理的分析研究，为镁铝异种金属的间接焊接探索新路并提供了理论参考和实践经验。
1.2铝合金与钢异种金属的焊接
1.2.1铝与钢的焊接性
铝与钢的金属性能相差很大，性能差异导致铝与钢焊接性差异很大。其焊接主要问题有：
☆相差较大的熔点。由于钢的熔点比铝的熔点高，在焊接过程中，当铝完全熔化时，钢仍处于固态，而且两者的密度相差很大，当钢完全熔化后，液态铝浮在钢水上面，冷却结晶后焊缝成分不均匀，使得焊接接头的性能降低。
☆难熔的氧化膜。铝及铝合金与钢焊接过程中，在铝母材的表面形成难熔的Al2O3（熔点高达2073℃）氧化膜，阻碍液态金属的结合，容易使焊缝产生夹渣。
☆相差较大的热导率、线膨胀系数。铝及铝合金与钢的热导率和线膨胀系数相差很大，使得焊后焊接变形严重，并有很大的残余应力存在，易产生裂纹。
1.2.2铝与钢异种金属的焊接方法
下面主要从爆炸焊和电弧焊方法简要介绍铝与钢异种金属的焊接。
1.2.2.1电子束焊
电子束焊接具有能量密度高加热速度快、焊接热影响区及变形小、参数稳定再现性好、能量易于控制及适于焊接难熔及异种金属等一系列的优点。
张秉刚，何景山，曾如川，冯吉才对2mm厚的LF2铝合金和Q235钢平板试件进行了加入中间过渡层金属Cu的电子束对接焊接试验，利用光学金相、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头各区域的组织结构和成分分布。结果表明，接头可分为三个焊缝组织区域，如图1.1,其中靠近钢侧的焊缝区主要为Fe基固溶体，并含有少量金属间化合物;靠近铝侧的焊缝区为含有Fe-Al系及Al-Cu系金属间化合物的Al基固溶体;焊缝中部区为呈层带状分布的多种Fe-Al以及Al-Cu脆性金属间化合物混合区。分析认为虽然引入了铜过渡层，但在焊缝中依然有较多金属间化合物生成，特别是焊缝中部区域上，呈连续层带状分布的多种脆性金属间化合物的产生是影响接头强度的主要因素。在对接头组织结构分析的基础上，建立了描述LF2/Q235异种金属电子束对接接头形成过程的物理模型[3]。
图1.1 LF2/ Q235电子束焊接接头宏观形貌
1.2.2.2爆炸焊
爆炸焊是利用炸药爆炸时的可控能量，迫使两种或两种以上的金属形成高质量的冶金结合的连接方式。爆炸焊可以焊的异种金属的组合范围最广，原则上讲它可以应用于一切异种金属的连接。目前，爆炸焊是铝及铝合金与钢的连接中常用的异种焊接方法，该焊接方法得到的焊接接头强度高于铝母材的强度，而且接头的气密性好，特别适合于表面积相当大的铝板与钢板的平板包覆。但是，其工艺控制较为困难，焊接过程要根据实际情况严格控制炸药量、爆炸速度以及界面间隔等，给焊接带来了较大的困难。
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