船用鋼-鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)低熱輸入高效電弧焊接工藝機理研究.pdf

1、鋁/鋼異種金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮兩種材料的固有優(yōu)勢，具有輕質(zhì)、強度高以及耐蝕性好等綜合優(yōu)勢，在船舶領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，然而鋁與鋼之間熱物理性能以及力學(xué)性能差異大以及易形成脆硬金屬間化合物，使得鋁/鋼焊接成為難點問題。而對于傳統(tǒng)的船舶鋁/鋼結(jié)構(gòu)的焊接，只能采用爆炸焊接，極大船舶建造的效率以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
　　本文針對船舶建造結(jié)構(gòu)的焊接特點，提出一種旁路分流MIG熔釬焊（BC-MIG）的低熱輸入高效焊接方法，并進行工藝試驗。探討不同焊

2、接參數(shù)對鋁/鋼接頭的形貌特征以及力學(xué)性能的影響。研究了鋁/鋼異種金屬 BC-MIG焊接接頭的微觀組織，在此基礎(chǔ)上，進一步探討了界面層的厚度，性能以及接頭組織成分。另外，通過腐蝕試驗，研究了接頭在海水環(huán)境中的腐蝕特性及機理。研究表明，BC-MIG對船用鋁/鋼的焊接優(yōu)勢尤為明顯，焊接參數(shù)（MIG電流、旁路 TIG電流、焊接速度、鎢極與焊絲間距及其偏移量）的變化量對接頭質(zhì)量影響較大。鋁/鋼異種金屬 BC-MIG焊接接頭呈現(xiàn)典型的熔釬焊形貌，接

3、頭分為熔合區(qū)、焊縫區(qū)，中心界面區(qū)及母材區(qū)。在界面成形過程中，Al、Fe等元素相互發(fā)生反應(yīng)形成由FeAl3、Fe2Al5Znx等金屬相組成的連續(xù)的界面層。界面層厚度深受焊接工藝參數(shù)影響，合理的界面層厚度是確保焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。鋁/鋼BC-MIG焊接接頭的拉伸強度在不同工藝參數(shù)（主路 MIG焊接電流、旁路TIG電流、焊接速度、鎢極與焊絲間距）下，呈現(xiàn)不同的變化趨勢。這與焊接過程中工藝參數(shù)對接頭熱輸入、組織性能以及成形質(zhì)量息息相關(guān)。試驗發(fā)現(xiàn)

4、，接頭的最大抗拉強度可達187.1MPa，接頭斷裂于鋁母材區(qū)域，呈現(xiàn)典型的韌性斷裂。通過腐蝕試驗發(fā)現(xiàn)，鋼母材區(qū)域腐蝕速度最快，最易受到腐蝕，接頭界面層次之，焊縫區(qū)腐蝕較慢。鋁填充焊縫在腐蝕反應(yīng)過程中出現(xiàn)氧化膜的產(chǎn)生，阻礙腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。而界面層中，Zn層會與Al形成電偶腐蝕的狀態(tài)，加快界面層的腐蝕。各個區(qū)域的反應(yīng)數(shù)量以及參與反應(yīng)的元素量存在較大差異。BC-MIG焊接技術(shù)克服了傳統(tǒng)焊接方式帶來的困難，提高了船用鋁/鋼的焊接性及其效率，體現(xiàn)