摘要
本文针对船舶用铝/钢异种材料优质、高效连接的需求，以中厚板铝/钢异种材料对接接头为研究对象，进行无填充材料的光纤激光深熔钎焊工艺的初步探索。焊接过程中激光束作用在钢一侧形成深熔小孔，铝合金通过接头界面中间固态钢热影响区(HAZ)的热传导作用熔化，液态铝合金在固态钢上润湿铺展形成冶金结合的铝/钢异种材料焊接接头。研究激光深熔钎焊工艺参数对接头微观组织和接头力学性能的影响规律，为合理制定船舶用铝/钢异种材料激光深熔钎焊工艺提供理论依据。 研究结果表明，当偏移量为0.6～0.7mm，焊接速度为1.0m/min～1.2m/min，离焦量为0mm时，无填充材料的激光深熔钎焊可实现中厚板铝/钢异种材料的冶金结合，焊缝表面成形及横截面成形良好，无可视的焊接缺陷。但是，在焊接过程中，接头正面和底面界面处固态钢层较难控制，易形成熔焊接头。当使用双光束激光串行排列进行焊接时，可以有效控制焊接接头界面处固态钢层的熔化量，获得钎焊接头，有利于提高接头的力学性能。 接头界面显微组织分析显示，在界面处生成了两种金属间化合物层，分别是近钢侧的片状Fe2Al5及近铝侧形成的针状和锯齿状的FeAl3金属间化合物。调整工艺参数，可以明显减小接头的金属间化合物的厚度。在优化的工艺参数条件下，金属间化合物的厚度不超过10μm。 力学性能测试结果表明，接头界面处的平均硬度为772.8HV，铝侧及钢侧的平均硬度分别为74.1HV和261.4HV。拉伸试验结果显示，断裂位置均发生在接头界面处，最大抗拉强度为121.4MPa。SEM分析表明，拉伸断口呈现出典型的沿晶断裂特性。 最后，分析了铝/钢异种接头的结合机理。在铝/钢接头界面反应过程中，固/液界面前沿聚集大量的Fe原子和Al原子，通过化学反应在靠近固态钢侧生成了Fe2Al5金属间化合物层。随着Al原子继续向Fe2Al5金属间化合物层迁移，紧靠Fe2Al5界面生成FeAl3晶核，FeAl3晶核向铝侧长大形成针状FeAl3金属间化合物。
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