分析鋁合金和鍍鋅鋼異種金屬cmt焊接性分析 .pdf

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文r蜉擄鋁合金和鍍鋅鋼異種金屬CMT焊接性分析蘭州理工大學(xué)甘肅省有色金屬新材料省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(730050)曹睿余剛陳劍虹摘要針對汽車工業(yè)中鋁合金和鍍鋅鋼板的輕量化結(jié)構(gòu)制造，利用正交試驗(yàn)法對鋁合金與鍍鋅鋼薄板搭接件進(jìn)行了異種材料冷金屬過渡(CMT)熔釬焊連接，研究了工藝參數(shù)、焊絲成分以及鍍鋅層厚度對焊縫表面成形和接頭力學(xué)性能的影響。鋁／鍍鋅鋼板CMT熔釬焊的接頭為典型的搭接接頭，在整個焊接過程中，硅和鋅很好的起到了促進(jìn)熔化的鋁在鋼板表面潤濕和鋪展

2、的作用。通過試驗(yàn)得出理想的工藝參數(shù)，可以得到良好的焊接接頭。關(guān)鍵詞：冷金屬過渡熔釬焊組織特征力學(xué)-l生能中圖分類號：TG454可以應(yīng)用于已知的所有可焊接材料，如微電子器件、機(jī)0前言車制造行業(yè)、航天領(lǐng)域及橋梁和鋼結(jié)構(gòu)。CMT工藝將為了減少污染、節(jié)約能源，汽車工業(yè)通過引進(jìn)一焊絲的運(yùn)動同熔滴過渡過程相結(jié)合，在焊接過程中實(shí)些鋁合金來代替車身部分的鋼結(jié)構(gòu)。鋁合金的引入現(xiàn)冷一熱交替焊接，大幅度降低熱輸入量。這一創(chuàng)新解決了很重要的問題_1]。鋁合金本身焊接就很難，異工藝熱輸入量小、變形小、無飛濺、搭橋能力好、焊縫均種金屬之間的焊

3、接通常要比同種金屬的焊接更困難。勻一致、焊接速度高、運(yùn)行成本低，為薄板的焊接提供鋼和鋁或鋁合金的焊接性較差，故焊接時存在以下問了完美的解決方案，并已為眾多歐洲國家、日本和美國題E。一：的公司所接受和采用。(1-)焊接接頭容易氧化。鋁一鋼焊接技術(shù)的發(fā)展有重大意義，但是鋁一鋼(2)焊縫成分不均勻。焊接又存在很多難點(diǎn)，基于文中重點(diǎn)研究鋁鋼CMT方(3)焊接變形大。法，焊接的工藝技術(shù)以及相關(guān)的內(nèi)在機(jī)理。(4)焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋。1試驗(yàn)材料及方法在鋼與鋁或鋁合金的焊接過程中，會產(chǎn)生各種金屬間化合物，這就增加了焊縫的脆性，降

4、低了焊縫的塑1．1試驗(yàn)材料性和韌性。采用一般的熔焊方法時，以上這些因素給試驗(yàn)材料為鍍鋅層厚度(單面質(zhì)量)分別為40，60，兩者之間的連接造成了困難。若采用其他焊接方法，120g／m鍍鋅鋼板和5183，6061，7075鋁合金板，所有比如壓力焊和釬焊J，接頭的形狀受到限制，且效率也板材規(guī)格均為200mm×100mmX1mm，選用牌號分別大大降低。為4043，4047和5356的焊絲，焊絲直徑為1．2mm。鋁冷金屬過渡(CMT)技術(shù)有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，幾乎和鋼的物理性能如表1所示。表1鋁和鋼的物理性能1．2試驗(yàn)方法字化C

5、MT焊機(jī)對鋁和鍍鋅鋼板進(jìn)行搭接焊。焊前，先用試驗(yàn)采用奧地利Fronius公司生產(chǎn)TPS3200系列數(shù)砂紙和鋼絲刷將鋁合金試件表面的氧化膜去除，再用丙酮去除鋁合金和鍍鋅鋼板上的水漬和油污，最后對清洗收稿日期：2011—11—22后的鋁合金分別進(jìn)行堿洗和酸洗。將表面處理干凈的試基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(50905081)。板組合成搭接接頭(6061鋁合金板在上，鍍鋅鋼板在2012年第1期31學(xué)兔兔www.xuetutu.com俘吻一下)。采用正交設(shè)計法對鋁一鋼進(jìn)行焊接，采用Ar氣A×C；B×C)。通過這部分試驗(yàn)結(jié)

6、果的分析找出最優(yōu)保護(hù)，其流量為20L／rain，焊接接頭形式，如圖1所示。的水平組合。結(jié)合焊接接頭力學(xué)性能測試、接頭的顯通過正交設(shè)計得到最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)，正交試微組織觀察以及能譜分析(EDAX)，綜合分析該種接頭驗(yàn)因素和水平如表2所示(考慮因素交互作用：×B；連接的內(nèi)在機(jī)理，力學(xué)性能測試示意圖，如圖2所示。圖1焊接接頭形式示意圖圖2拉伸試樣示意圖表2正交試驗(yàn)的各因素和水平最大，它的3個水平不同對載荷影響很大，以第2水平最2試驗(yàn)結(jié)果及分析大，又因?yàn)樗c別的因素沒有交互作用，可以決定選2．1正交試驗(yàn)結(jié)果及分析因素，A

7、、以及他們之間的交互作用和C的交互作用很試驗(yàn)結(jié)果極差分析R=dR√r(r為因素每個水平重要，交互作用A×B，BXC，AXC的影響結(jié)果如圖3試驗(yàn)重復(fù)數(shù)；d折算系數(shù)，與因素水平有關(guān)。)折算系數(shù)如所示。得到最佳的焊接規(guī)范參數(shù)：送絲速度6．0～7．0表3所示。考慮因素交互作用的正交分析如表4所示。m／rain，焊接速度6．5—7mm／s，偏離距離1．5—2．5根據(jù)極差的大小(表5)得出因素的排序?yàn)镕>A>A×Bmm，載荷達(dá)到3．8—4kN，基本達(dá)到1mm鋁板與1mm鋁板搭接接頭的抗拉強(qiáng)度，并且斷裂在鋁板一側(cè)。>B>B×C>

8、D>AXC>G>E>C，可見因素F的影響表3折算系數(shù)表①注計算時選取m3的折算系數(shù)0·52。．2．2焊縫成形與接頭形式可以看到鍍鋅鋼板顏色略有變化，這表明其鍍鋅層被焊接過程中通過對焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化，從而得燒損較少，有利于保持鍍鋅鋼板的抗腐蝕性。到較好的焊縫成形。焊接試樣的焊縫表面成形，如圖42．2．1工藝參數(shù)對焊縫成形的影響所示，接頭的正面成形美觀，接頭表