Invar合金的CMT表面毛化及其與純鋁的壓焊連接機理研究.pdf

1、鋁鋼復(fù)合接頭被用于鋁質(zhì)上層建筑與鋼質(zhì)主甲板連接，該接頭對強度要求很高。Invar合金線膨脹系數(shù)穩(wěn)定，機械性能很高，還具有耐腐蝕性強的特點。因此，Invar合金與鋁的復(fù)合結(jié)構(gòu)的綜合性能高于普通鋁鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)。本文提出了采用CMT對Invar合金表面進行毛化然后與純鋁壓焊連接的工藝方法，得到了高強度的接頭。研究了Invar合金CMT表面毛化工藝，并對壓焊過程升溫階段純鋁的塑性流動、保溫階段界面反應(yīng)以及降溫階段產(chǎn)生的接頭殘余應(yīng)力做了系統(tǒng)分析，探

2、究了各階段對接頭性能的影響規(guī)律。
　　由于未有Invar合金與鋁焊接性系統(tǒng)研究的文獻資料，因此首先對Invar合金和純鋁進行了直接擴散焊焊接試驗，得出Invar合金與純鋁接頭主要存在兩個無法避免的問題，一是無法避免接頭中金屬間化合物層的生成，二是接頭存在很大殘余應(yīng)力。
　　進行Invar合金表面CMT毛化工藝試驗，實現(xiàn)了12種表面毛化形貌的制備，各形貌的焊釘組織良好，焊釘與Invar合金母材之間的單釘抗剪強度高于250MPa

3、。
　　然后進行了CMT表面毛化處理的Invar合金與純鋁壓焊連接研究。研究了溫度和保溫時間對接頭界面以及接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，并進行了12種不同毛化形貌的壓焊試驗。接頭主要有兩種斷裂機制，斷裂機制Ⅰ斷裂在最外側(cè)焊釘截面的純鋁上，斷裂機制Ⅱ斷裂在壓焊接頭界面的金屬間化合物層上。壓焊接頭的拉剪強度在毛化形貌為2mm,3mm×3mm時達到最大，為64MPa，達到了本試驗1060純鋁母材拉伸強度的90％以上。
　　采用有限元方法

4、對升溫階段焊釘扎入純鋁內(nèi)部時純鋁塑性流動規(guī)律進行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示，存在一個臨界壓力使壓焊接頭內(nèi)部Inconel625焊釘與純鋁界面以及Invar合金與純鋁界面處的微小孔洞完全閉合。在接頭的外部邊界存在無法避免的大尺寸空洞。通過在外部邊界施加約束，可以有效解決這個問題。
　　采用有限元方法對降溫階段產(chǎn)生的接頭殘余應(yīng)力大小進行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明接頭中焊釘之間的純鋁受三向拉伸應(yīng)力，塑性變形能力受到抑制，處于應(yīng)力脆化狀態(tài)，為薄弱部位