基于镀锌钢板的铝镁异种金属CMT焊接试验研究(3)
1.2.2.3电弧焊
铝和钢两种金属的性质差异决定了采用常规的电弧熔化焊的方法很难实现其焊接。因为在焊接时生成大量的脆性金属间化合物，为了解决此问题Marya M等人提出，可以通过在铝与钢两种金属之间夹一中间层来减少金属间化合物的生成。
近年来，CMT技术的提出和发展为铝和钢异种金属的焊接提供了技术支持。Fronios公司利用CMT技术通过对焊接热输入量的精确控制，在保证钢母材不发生熔化的前提下让铝母材熔化，熔化的铝及填充金属在钢表面铺展并与之形成钎焊连接，得到优质铝-钢连接接头[4]，如图1.2所示。
图1.2铝-钢连接接头
以上这些焊接方法虽然都存在一些缺陷和不足，但近几年来，随着激光钎焊的不断发展，国内外许多科研工作者已经将该项技术应用于异种金属的连接，并收到了良好的焊接效果。
1.3 镁合金与钢异种金属的焊接
1.3.1镁和钢激光-电弧复合热源焊接
镁和钢合金的连接还处在研究初期阶段，镁和钢熔点相差很大，镁的熔点为649℃，钢的熔点为1500℃，而镁的沸点为1107℃，所以这两种金属很难同时达到熔融态，而且由于晶格类型不同，从而造成它们在液态极难互溶。基于以上原因，运用普通的焊接方法很难实现两者的有效连接。激光-电弧复合热源焊接技术是一种节能、高效的先进连接技术，通过电弧和激光的相互作用，可提高能量利用率，实现高速焊接，而且激光瞬间具有高能量密度，对熔化金属存在剧烈的搅拌作用，这样可使镁和钢在极短的时间内同时熔化而形成有效的连接，焊接装置如图1.3所示。
图1.3激光-TIG复合热源焊接装置
大连理工大学的单闯，宋刚等人通过对镁和钢的激光-TIG焊的研究，探讨了焊接工艺参数包括激光功率、激光离焦量、焊接速度以及TIG焊接电流对焊缝抗拉强度的影响[5]。结果表明，在焊接过程中，随着激光功率的增大、焊接速度的减小、焊缝抗拉强度随之增大，激光功率对抗拉强度的影响如图1.4所示；随着激光离焦量的增加，焊缝抗拉强度呈现先增大后减小的特点；而TIG电流对焊缝抗拉强度的影响不大。试验证明，在合适的工艺参数下，能够得到成形良好、力学性能优良的镁/钢异种材料的焊接接头，并且在焊接过程中，激光对镁和钢连接起主要作用。
图1.4激光功率对抗拉强度的影响
1.3.2镁和钢熔化焊-钎焊
具体的说熔化焊-钎焊对钢来说是钎焊而对镁来说是熔化焊。焊接过程中，钢件相当于母材，而镁可以看作是钎料。但是钎焊时只有具有润湿作用和毛细作用的液体金属才能填充金属接头间隙。
赵旭等人对镁和钢熔化焊-钎焊进行了实验研究，结果发现镁铁两种元素在界面处没有相互扩散，这是因为镁铁在液态下互不相溶造成的，接头界面元素如图1.5所示。氧元素主要存在于镁基体处，并且在靠近界面处比较集中。这是由于镁元素比较活泼，搭接焊气体保护不利于造成镁合金的氧化；空气中的氧气由镁基体和钢基体的界面处进入熔池，因此界面处的镁基体受到较为严重的氧化。采用这种方法，由于钢基体不熔化，镁液流失较少，液态镁对固态钢有一定的润湿作用，因此镁和钢在界面处焊合增多，焊接接头强度提高，但是总的来说接头性能不高[6]。
图1.5接头界面元素
1.4铝与镁异种金属焊接
1.4.1铝与镁焊接性分析
由于Mg/Al异种金属焊接中往往存在熔化结晶的过程，而生成的金属间化合物对于接头性能有着至关重要的影响，所以了解Mg-Al的合金相图十分必要。
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