摘要
铝/铜层合板兼具铝合金和铜合金的双重优势，具有高强度、耐腐蚀、低密度、高导电和导热等优点，在汽车制造、航空航天和海洋船舶等领域具有广泛的应用前景。但由于铝合金和铜合金在物理和化学性质上存在较大差异，使得铝/铜层合板在焊接过程中存在一定的困难。真空电子束焊接具有焊接速度快、焊缝深宽比大、热影响区窄、有效避免氧化等多重优势，是一种的理想的铝/铜层合板焊接方式。 本文选用铝/铜层合板为实验原材料，采用铜上铝下、铝上铜下和双面焊接等三种焊接成形方式进行连接。通过有限元模拟软件对不同焊接成形方式和工艺参数的焊接过程进行模拟分析，探究不同焊接成形方式下最优焊接工艺参数区间，指导电子束焊接实验过程。 基于有限元模拟分析结果，焊接实验采用铜上铝下、铝上铜下和双面焊接等三种焊接成形方式，研究不同的工艺参数对焊接接头微观组织和物相组成的影响，分析焊接接头形成机理，探究不同成形方式和工艺参数对焊接接头力学性能的影响，并结合断口微观形貌对的断裂机理进行讨论，为铝/铜层合板的工程应用提供理论支撑。本文主要研究内容如下: (1)采用有限元分析软件模拟铝/铜层合板在不同焊接成形方式和工艺参数下电子束焊接过程，研究结果表明：数值模拟电子束焊接起始和束流衰减阶段的热输入不稳定，准稳态阶段等温线窄而狭长，熔池呈现为椭球状围绕热源对称分布于焊缝两侧；铜上铝下电子束焊接铝层侧温度变化滞后，铝上铜下电子束焊接过程中所需热输入大于铜上铝下。 (2)采用铜上铝下的方式放置铝/铜层合板，对其进行电子束焊接接头成形及性能研究，研究结果表明：铜层焊缝边缘为Cu固溶体，其焊缝内部为Al4Cu9，铝层焊缝边缘区域由α-Al相和Al2Cu组成，焊缝内部为均匀分布的网状组织Al2Cu。铜层焊缝中心最大硬度为471.7HV，铝层焊缝中心最大硬度为358.7HV；垂直界面位置铜层→铝/铜界面→铝层硬度呈现下降趋势，在铜层和铝/铜界面处的硬度变化幅度较大。 (3)采用铝上铜下的方式放置铝/铜层合板，对其进行电子束焊接接头成形及性能研究，研究结果表明：铝层焊缝为α-Al相和Al-Cu共晶组织，铜层焊缝边缘依次生成Al4Cu9，AlCu和Al2Cu，其内部为Al2Cu和AlCu；沿铝层侧→铝/铜界面→铜层侧显微硬度呈现升高的趋势；极限抗拉强度为64.38MPa，最大延伸率为1.44%。 (4)采用双面成形的方式焊接铝/铜层合板，对其进行电子束焊接接头成形及性能研究，研究结果表明：双面焊接方式使得焊缝成形良好，第一次道次焊接为同种铜合金的连接，第二道次焊缝为α-Al和Al-Cu共晶组织；平行铝层、铝/铜界面和铜层处的显微硬度在母材和热影响区的硬度无明显变化，铝/铜界面区硬度为上升趋势，重复受热区处最大硬度为552.4HV；极限抗拉强度为91.39MPa，最大延伸率为1.83%。
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