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5005 铝合金与 4J34 可伐合金的 真空钎焊

2022/3/14 9:45:22      点击:

5005 铝合金具有密度小,热导率和电导率高等优点,在航空、航天、汽车、机械制造以及化学工业中已被广泛应用。特别是该合金中含有一定量的Mg 元素,对于去除铝合金表面的氧化膜具有重要作用。 4J34 可伐合金在 20~450 ℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数,同时具有良好的可加工性和低温组织稳定性。因此,在核工业领域,实现 5005 铝合金与4J34 可伐合金的连接而制备核探测仪构件,可使构件兼具上述两种材料的优点,具有非常重要的应用价值。

由于 5005 铝合金与 4J34 可伐合金的线膨胀系数差异较大,以及铝合金表面氧化膜的存在,因此,5005 铝合金与 4J34 可伐合金的焊接较为困难。从现有的文资料来看,可伐合金与陶瓷、玻璃等连接的研究较多,而与铝合金连接的鲜见报道。铝合金与可伐合金的连接本质上是Al-Fe之间的连接。采用熔化焊方法对Al-Fe进行焊接时,接头易氧化且存在很大应力,同时焊缝成分不均匀,塑性和韧性降低,易产生裂纹、夹渣等缺陷;摩擦焊对待焊工件的形状要求严格,装

配要求也较高,且焊接件一般工作在变化的温度场中,接头的韧性差,容易发生开裂[9−12]。采用钎焊对Al-Fe 进行焊接时,母材不熔化,可以防止金属间化合物的大量生成,并能够通过控制钎料成分来控制界面反应过程,以获得性能良好的接头。本文作者采用 Al-Si-Mg钎料成功实现了 5005 铝合金和 4J34 可伐合金的可靠连接,研究了接头的界面结构及其形成机理, 并分析了工艺参数对接头界面结构和抗剪强度的影响规律


结论

1) 采用Al-Si-Mg钎料钎焊 5005 铝合金与可伐合金,当钎焊温度为 580 ℃、保温时间为 15 min时,由于液态钎料中的Al与可伐合金中Fe的扩散和溶解行为导致界面有不同类型的Fe-Al金属间化合物反应生成, 此时接头的界面结构可表示为 Kovar/FeAl/ FeAl3/FemAln+α(Al)/5005

2) 当钎焊工艺参数较低时,5005 铝合金表面存在残余氧化膜,因此,焊缝中有较多的裂纹和气孔等缺陷出现;当钎焊温度升高至 580 ℃时,焊接缺陷消失,焊缝成形良好;当钎焊工艺参数进一步增加时,由于焊接热输入量过大,焊缝产生裂纹、过烧等焊接缺陷。

3) 随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,接头的抗剪强度呈现先升高后降低的变化趋势。当钎焊温度为 580 ℃、保温时间为 15 min 时,接头获得最大抗剪强度 81 MPa

4) 钎焊温度对接头断裂位置具有明显的影响,当钎焊温度较低时,接头断裂于铝合金侧氧化膜层及铝合金内;当钎焊温度升高至 580 ℃时,接头断裂于FemAln+α(Al)反应层中。

 

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