摘要
随着装备制造向着高性能、轻量化方向发展，铝/钢异种金属复合结构受到广泛关注。目前已有多种焊接技术被用于铝/钢异种复合结构连接，但是其接头强度依然较低，对于铝/钢弧焊连接的冶金机理研究不够深入。冷金属过渡焊接（CMT）技术具有热输入低、电弧稳定等优点，适合于Al、Mg等轻量化金属的焊接。本文采用CMT技术，选用ER5183焊丝为填充金属，开展1mm厚的5052铝合金和Q235镀锌钢复合结构焊接工艺研究，主要研究内容及结论如下： 首先，开展铝/钢直接搭接工艺。在不添加中间夹层的情况下实现铝/钢之间熔钎焊连接。热输入较低时易出现未熔合缺陷，随着热输入增加，未熔合缺陷减少，接头横截面尺寸增大，力学性能提高，最优工艺参数为焊接电流100A，焊接速度8mm/s，此时获最大抗拉伸强度77.44MPa。 其次，开展铝/镍/钢搭接工艺研究。在5052铝合金和Q235镀锌钢间添加0.1mm厚的Ni箔，并使用AlSi12作为钎料。在Ni、Si作用下铝/钢之间润湿性良好，搭接接头基本能够获得良好形貌，在工艺参数为焊接电流100A、焊接速度7mm/s时，接头力学性能最大为79.36MPa。 最后开展Ni中间层对铝/钢焊接断裂机制、微观组织成分及中间夹层作用机理的研究。接头强度极低时，断裂位置为钎焊部位；接头强度较高，断裂位置均为铝侧热影响区。接头的断裂属于以韧性断裂为主，脆性断裂为辅的混合断裂。根据组织特征可将熔钎焊接头分为界面区、熔化区、铝侧热影响区和熔合区、富锌区。熔化区中深灰色基体主要是Al、Mg、Mn三种元素组成，其组织应为α-Al固溶体铝镁共晶+铝锰共晶，基体为主要部分，白色星点状物质物质由Al、Mg两种元素组成的铝镁共晶。界面处化合物层主要由大量的铁铝金属间化合物和极少量的铝硅共晶组成。 铝/钢界面处生成了一层Fe-Al金属间化合物，IMC层的主要成分为FeAl和Fe2Al5两种金属间化合物，IMC层的厚度与接头强度有关。中间夹层Ni和钎料AlSi12的作用是：(a)Ni元素的作用为使焊件润湿性得到提高，能阻碍Fe原子的扩散，Ni原子替代部分Fe原子，Fe与Al发生相互反应形成金属间化合物；(b)Si元素的主要作用是改善熔融铝合金母材在镀锌钢表面的润湿铺展性，提高接头的电化学性能，抑制焊缝的晶界腐蚀；抑制脆性金属间化合物的形成，形成晶粒尺寸更小的铝硅共晶，因此可以改善接头的力学性能。
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