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温度对低碳钢与铝合金瞬时液相扩散焊的影响 摘要：目前，低碳钢与铝合金异种材料的焊接工艺还不是很成熟。特别是在开放环境中的焊接，使用惰性气体的保护，研究低碳钢与铝合金异种金属的瞬时液相扩散工艺成为了目前研究的热点。扩散连接不同于传统的熔焊方法，它利用了现代计算机控制技术，是一种精密的焊接方法，在异种材料间的焊接具有很大的优势。本试验在PBWT63.5瞬时液相扩散焊接设备上进行，利用氩气保护被焊材料，通过改变焊接温度，研究焊接温度对试样的显微组织的影响。 下载 关键词：瞬时液相扩散焊；温度；显微组织 近年来，节能减排越来越受到世界各国的重视。汽车工业为了节约燃料、保护环境，不断努力减轻汽车重量，因此对汽车用材料提出了更高的要求。增加铝材的使用量是其中的重要措施之一，由于铝和钢具有相互弥补的物理化学性质，所以两者的连接有广泛的应用前景。在现代汽车工业生产中，钢结构和铝合金的结合使用成为节能减排的重要技术，采用钢和铝异种金属焊接已成为汽车轻量化的重要途径之一。 扩散焊是指在一定的温度和压力下，被连接表面相互接触，通过使界面局部发生微观塑性变形，或通过被连接表面产生微观液相而扩大被连接表面的物理接触，然后界面原子间经过一段时间的相互扩散，形成整体可靠连接的过程。瞬时液相扩散焊（TLP）是扩散焊的一种连接方法，它是指在被焊母材之间放入含有降熔元素的中间层合金，依靠中间层合金的直接熔化或中间层和母材之间的扩散共晶反应产生液相，随后通过等温凝固和成分均匀化形成焊接接头的连接工艺。就本质而言，TLP连接中的扩散在狭义上讲就是降低熔点的元素（Melting point depressant elements，简称MPD元素）的扩散，MPD元素的充分扩散是TLP焊接成败的命脉；而合理选定中间层则是起内因方面的首要前提。扩散的目的就在于试图使中间层中MPD元素的浓度降至足够低，以达到如提高接头的重熔温度，消除中间层中的脆性相使其改变成固熔体等目的，中间层成分的这种显著且合理的质的变化乃至中间层的消失正是该方法中“过渡”（或“瞬时”）一词的含义所在。 一、试验材料 1Q235低碳钢的化学成分 低碳钢的化学元素及含量及C级力学性能如表2.1，2.2所示： 2铝合金的化学成分 试验用铝合金是7075铝合金，主要合金元素是Mg和Cu，7075铝合金的化学成分及力学性能如表2.3，2.4所示： 7075l铝合金是高强度热处理铝合金，有良好的机械性能，易加工，抗氧化性好。 3中间层 本试验采用的中间层为Al-Cu-Si层合金箔带，它的熔点为530560；它们的化学成分如表2.5所示： 二、瞬时液相扩散焊连接的设备 本文试验采用开放式管道瞬时液相扩散焊接成套设备。该设备可实现在开放环境下由惰性气体保护的中、小口径（4063mm）管道的TLP快速连接。与传统真空扩散焊相比，连接速度更快、接头的质量更量。该设备的主要性能参数见表2.6。 TLP扩散焊机的基本工作过程如下：两端钢管夹具分别夹紧通过调整夹具钢管接头位置完成错边调整放入非晶中间层中频感应圈闭合油缸顶进通冷却水和保护气中频启动加热焊缝区域完成焊接过程。 三、试样的显微硬度测定 对试样进行金相组织观察后，可以对试样进行硬度的测试，进一步评价焊接质量。本次试验测量显微硬度所用的仪器是数字硬度显微器（MH-5）。所采用的载荷是100g，加载时间选择为10s。利用显微硬度仪测试其显微硬度的步骤： （1）试验前将试样表面磨光，表面无划痕。因本试验试样焊缝较小，在低倍显微镜下很难找到焊缝，因此，在试验前对试样进行了化学腐蚀。 （2）接通显微硬度计电源，选择测量载荷为100g，加载时间为10s。用夹具将试样固定，保证试样测量面水平。 （3）将目镜中两条测量线调重合，然后按下试验仪器控制表面上“zero”按键进行调零。调节聚焦旋钮，找到金相组织，然后，转动载物台旋钮找到焊缝组织。 （4）找到焊缝组织，选择需要测量的地点，按下“start”键进行试验。待测量后在目镜中找到测量点，移动目镜中测量线测量试验点一条对角线的距离，按下“read”键，然后再移动目镜中的测量线测量试验点另一条对角线长度，再次按下“read”键后即可读出试样显微硬度，记录试验数据。 （5）在一个试样的焊缝不同位置进行多次试验，在焊缝两侧热影响区也进行多次试验。 四、显微硬度结果分析 通过测试硬度可以粗略地判断焊接接头的强度，这种方法比较简单可行而且实用。硬度的变化实质上又反映了显微组织的变化。一般来讲，凡是硬度高的区域，其强度也高，但塑性、韧性低。因此通过测定焊接接头的硬度分布可以间接的估计焊接接头的强度、塑性和韧性。试样的硬度测试方向从母材往焊缝中心测试，沿着这个方向每隔60m取一个测试区，每个区上测四点取其平均值作为该区的硬度。对9个温度硬度测量结果如表3.3。 从表3.3中可以清晰地看得出来，焊缝的硬度明显的高出母材。这是因为焊接过程中，中间层材料中的降熔元素扩散的比较均匀，其对组织可以起到弥散强化的作用；在焊缝处可能产生固溶体，其可以起到固溶强化的作用。所以使焊缝中心处硬度较高。 在550和560时，焊缝的硬度较低，中间层融合不均匀，残余物多。当温度达到570及以上时，中间层熔化，焊缝强度较大，这是因为焊接过程中，中间层材料中的降熔元素扩散的比较均匀，其对组织可以起到弥散强化的作用；在焊缝处可能产生固溶体，其可以起到固溶强化的作用。所以使焊缝中心处硬度较高。 图3-9是焊接接头显微硬度分布图，由图可以看出焊缝区域的硬度较两种母材大幅度升高，且在600时达到峰值为309.5Hv。也就是说在该温度时，中间层在焊缝扩散的更充分。 结论 本论文研究了Q235低碳钢与7075铝合金焊接温度对焊接接头的组织性能的影响，从而得出焊接的最佳温度。通过对扩散焊接头