铝-钢螺柱过渡层的真空钎焊研究(4)
图1-3 Fe-Al相图
铝与钢焊接中存在的主要问题有[17]：
（1）由于钢的熔点比铝的熔点高，在焊接过程中，当铝完全熔化为液态时，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。目前，铝与钢很难用熔化焊直接焊接。
（2）铝及其合金与钢焊接过程中，在铝母材表面形成难熔的Al2O3(熔点高达2073℃)氧化膜，这种氧化膜也可以存在于熔池表面，熔池温度越高，表面氧化膜越厚，氧化膜的存在阻碍液态金属的结合，容易使焊缝产生夹渣，。
（3）铝及其合金与钢的热导率、线膨胀系数相差很大，焊后焊接接头变形严重，并且有很大的残余应力存在，易产生裂纹。此外，铁在铝中的固溶度几乎为零(在225~600℃时,铁在铝中的固溶极限为0.01%~0.022%)，且铁与铝可以产生多种硬而脆的金属间化合物，如FeAl，FeAl2，FeAl3，Fe2Al5，Fe2Al7及Fe4Al13等，这些金属间化合物的存在，增加了焊接接头的脆性，降低了其塑性和韧性。
1.5本课题研究的主要内容
课题在分析锻铝6061和45钢钢螺柱焊接性的基础上，选择Zn、Ni、Cu、Ag镀覆钢螺柱，以探索钢螺柱，铝母材真空钎焊的影响参数、结合机理为目的，并与高频感应钎焊、电弧焊、TIG焊等焊接方法做比较，结合接头的力学性能、宏观微观形态、组织成分对真空钎焊方法及工艺参数进行综合分析和评价。本课题的具体研究内容为：
（1）研究镀层技术。镀层金属必须能与铝发生共晶反应，牢固的连接在一起。
（2）高频感应钎焊。掌握高频感应钎焊的原理，探索该种焊接方法下的最佳焊接参数。钢铝界面与线圈保持持平，铝板要绝对平稳。钎料靠近接触面缠绕。铝板尽量快速熔化。
（3）电弧螺柱焊。反面确定钢铝结合在一起的原理。保证铝熔化，钢不熔化。钢铝不能直接焊接，必须借靠过渡层。
（4）TIG焊+填充焊丝。该焊接方法是钢铝异种金属熔化焊-钎焊的典型事例。探索该方法下合理的工艺参数（电流值，保护气体，预热时间，填丝方式，后热等）。
（5）真空钎焊。这是本课题的主要研究内容。确定合理的工艺参数，获得强度较高，性能较好的钢铝接头。主要考虑的参数有：钎焊温度，加热时间，保温温度，保温时间等。
2 试验材料与设备
2.1试验材料
试验选用厚度为12mm的锻铝6061铝板，高频感应钎焊、SOYER螺柱焊和TIG焊时，所用钎料牌号为BAlSi-4[18]（固相线577℃，液相线582℃，加热时一般要高于液相线20-30℃进行焊接），钎剂牌号为FB3-A，并且钎料和钎剂为药芯焊丝的的形式存在，外层结构为钎料，钎料包裹的里层为钎剂；真空钎焊采用片状钎料BAlSi-4，无钎剂，目的是避免钎剂在焊接时产生有害气体，污染真空炉。铝母材及钎料的化学成分如表2-1[19]所示。根据具体情况，钢螺柱母材选用45号钢棒材，螺柱尺寸为长50mm，底面直径16mm，螺柱的化学成分如表2.2所示。材料力学性能见表2.3。
表2.1铝母材及钎料的化学成分
牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 其他 Al
6061 0.4～0.8 0.7 0.15～0.4 0.15 0.8～1.2 0.04～0.35 0.25 0.15 余