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五种焊接高硅铝方法的利弊

五种焊接高硅铝方法的利弊 能够连接高硅铝的焊接方法有熔化焊、钎焊和固相焊接三大类。熔化焊接的接头性能差, 一般采用快速热循环和低热输入的高能量密度焊,包括电子束焊和激光焊,有助于减少熔化 焊所引发的缺陷。钎焊方法是在母材金属不熔化情况下,通过钎料熔化后填满间隙,并与母 材金属之间发生溶解、扩散等冶金作用的金属焊接方法。固态焊接技术是指对焊件表面清理 后,施加静态或动态压力,加热或不加热,在母材不熔化情况下使两种材料发生固相结合的 焊接方法,摩擦焊、扩散焊、爆炸焊、超声波焊等均属此类。 一、激光焊接 已有研究表明,高硅铝材料需要采用功率较低的熔焊方法连接,由于合金中的Si 元素 含量较高,焊缝金属组织中会形成针状共晶硅和粗大板状多角形的初生硅,严重割裂基体; 近缝区的金属易产生过热、晶粒长大的现象,导致焊接力学性能显著降低而失去使用价值。 而激光焊接具有功率密度大、焊缝深宽比例大、热影响区小、工件收缩和变形较小、焊接速 度快等优点,这种焊接方法适合高硅铝的焊接。对ZL109 硅铝合金CO 激光焊接接头的组织 2 和性能进行研究,可获得焊接组织致密、晶粒细小的接头,焊接的热输入对接头力学性能有 1 显著的影响,热输入增大,接头抗拉强度和断后伸长率均先增加后降低,当热输入为44J/mm 抗拉强度和断后伸长率达到最大值,分别为121.2MPa 和4.3%。 二、电子束焊接 电子束焊接时利用高电场产生的高速电子,经聚焦后形成电子流,撞击被焊金属的焊接 部位,将其动力转化为热能,使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束流具有能量密度高、 穿透能力强、焊缝深宽比大、焊接速度快、输入能量较小,因此热影响区小、焊接变形小。 所以,电子束焊接质量好,焊缝力学性能高。将AlSi12CuMgNi 铝合金挤压铸造的活塞顶圈 和锻造的活塞裙进行真空电子束焊接, 对优化工艺条件下焊接接头的微观组织和力学性能 进行了研究。结果表明,接头成形良好,没有明显的热影响区,焊缝狭窄;焊缝区域主要由 细小的α -Al 相、α +Si 共晶体、初晶硅以及Mg2Si 等强化相组成;焊缝中心组织为细小的 等轴晶和树枝晶;熔合区组织主要为柱状晶。接头强度不低于挤压铸造母材,焊缝硬度高于 母材;焊接接头的拉伸断口断面上分布大量撕裂棱和解离面,呈脆性断裂。 三、钎焊 钎焊和熔焊方法不同,常规钎焊是采用(或过程中自动生成)比母材熔化温度低的钎料, 操作温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种焊接技术。钎焊时工件常被整体加热 2 或者钎缝周围大面积均匀加热,因此工件的相对变形量以及焊接接头的残余应力都比熔焊小 得多。在现在制造业中高硅铝材料一般都用在航空航天机械制造业中的高精密器件。对于这 些器件采用钎焊方法焊接,对工件的影响也是最小的。由于高硅铝合金中含有硬质硅相,钎 料对该系列材料的润湿性能较差,用普通的软钎焊方法难以实现有效连接,在65Si35A1 合 金基体上进行先化学预镀Ni,再分别镀Ni-Cu-P、Au 和Cu 层的方法,能有效地改善它的软 钎焊性能。 四、摩擦焊 摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热,使端部达到热塑性状态,然后 迅速顶锻,完成焊接的一种方法。这种焊接方法的研究时间并不长,是1991 年提出的工艺, 但是也得到了很快的发展。对A319 和A413 铝硅铸造合金的摩擦焊接进行研究,结果表明在 焊接焊缝区中粒子间距降低,相应的硬度也得到了提高。对ZL114A 铝合金在不同参数的条 件下搅拌摩擦焊接头的硬度、组织及力学性能进行研究,实验结果表明焊接中心区域的组织 是细小的等轴晶。硅粒子在焊接过程中得到了细化,也均匀的布满于整个焊缝区,焊缝的晶 粒细小、均匀而致密,未观察到气孔裂纹等缺陷。 五、扩散焊接 扩散焊接是借助于高温下相互接触着的材料之间有局部的塑性变形,表面间的紧贴和表 面之间的互扩散而产生金属间的结合,从而获得一定形式的整体接头。原子间的相互扩散是 实现扩散连接的基础,扩散焊需要采用较大的压力,配

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