船用鋼-鋁復合結構低熱輸入高效電弧焊接工藝機理研究.pdf

1、鋁/鋼異種金屬復合結構可以充分發(fā)揮兩種材料的固有優(yōu)勢，具有輕質、強度高以及耐蝕性好等綜合優(yōu)勢，在船舶領域應用越來越廣泛，然而鋁與鋼之間熱物理性能以及力學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/鋼結構的焊接，只能采用爆炸焊接，極大船舶建造的效率以及結構質量。
　　本文針對船舶建造結構的焊接特點，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、接參數對鋁/鋼接頭的形貌特征以及力學性能的影響。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（MIG電流、旁路 TIG電流、焊接速度、鎢極與焊絲間距及其偏移量）的變化量對接頭質量影響較大。鋁/鋼異種金屬 BC-MIG焊接接頭呈現典型的熔釬焊形貌，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影響，合理的界面層厚度是確保焊接接頭質量的關鍵。鋁/鋼BC-MIG焊接接頭的拉伸強度在不同工藝參數（主路 MIG焊接電流、旁路TIG電流、焊接速度、鎢極與焊絲間距）下，呈現不同的變化趨勢。這與焊接過程中工藝參數對接頭熱輸入、組織性能以及成形質量息息相關。試驗發(fā)現

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，呈現典型的韌性斷裂。通過腐蝕試驗發(fā)現，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過程中出現氧化膜的產生，阻礙腐蝕反應的發(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)域的反應數量以及參與反應的元素量存在較大差異。BC-MIG焊接技術克服了傳統(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