75zn25al焊丝3003铝合金6063铝合金异种铝合金焊接接头组织与性能
采用75Zn-25Al钎料钎焊3003铝合金/6063铝合金异种铝合金搭接接头，并且研究了钎料的铺展性能，以及钎焊接头的力学性能与显微组织。铺展实验表明，75Zn-25Al钎料在3003铝合金与6063铝合金表面的铺展性能较好，510℃、520℃、530℃在3003铝合金表面的铺展面积分别为169.88mm2、177.42mm2、190.60mm2，而同样的温度在6063表面的铺展面积分别为164.36mm2、173.41mm2、185.11mm2。钎焊接头力学性能实验表明，75Zn-25Al钎料钎焊3003铝合金/6063铝合金异种金属搭接接头的强度较低，仅为79.63 MPa，其对应的焊缝内显微组织粗大，容易产生应力集中，因此强度较低。关键词 Zn-Al钎料，3003铝合金，6063铝合金，钎焊，力学性能
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景 1
1.2.1 铝合金的熔焊 2
1.2.2 铝合金的压焊 4
1.2.3 铝合金的钎焊 5
2 实验方法 7
2.1 制备75Zn25Al钎焊焊丝 8
2.2 钎料显微组织 9
2.3 润湿性实验 10
2.4 炉中钎焊 10
2.5 钎焊接头显微组织 12
2.6 钎焊接头力学性能 12
3 钎料显微组织 12
4 钎料铺展实验 14
5 钎焊接头强度实验 17
6 钎焊接头显微组织 19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 引言
3003铝合金的主体成分是Al元素和Mn元素，且拥有较为良好的力学性能、耐蚀性和成型性，在工业应用中较为常见，尤其是航空航天、汽车制造等现代化领域[3]。而6063铝合金的主体成分为Al元素、Mg元素和Si元素，其被广泛用于各个行业，像家用常见的铝合金门窗、墙体框架等结构，属于一种较为常见的铝合金型号，为了达到较为良好的耐蚀性、抗压性能，对其的要求也远远高于对一般工业型 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
材的要求。随着铝合金需求量的逐渐增长，以及越来越高的应用要求，为了达到较为良好的铝合金连接性能，在选择何种焊接方式上，研究人员对于既精密又方便的钎焊给予了厚望。在钎焊中，与3003铝合金最常配合使用的是AlSi系钎料，但该钎料的液相线温度较高，不利于钎焊的实行，即使使用一系列加工方法也没办法改善熔点过高的问题，因此中温钎焊成为研究人员的重点研究对象[3]。而AlZn系钎料由于其融化温度区间为中温区，较符合对于3003铝合金钎焊温度的要求。之前的研究普遍存在于铝铜钎焊，铝钢钎焊，所以异种铝合金（3003铝合金和6063铝合金）钎焊将成为新的热点。
1.2 研究背景
3003铝合金和6063铝合金，都属于生产生活中应用最为广泛的一类有色金属材料，在各个领域中包括航空航天、机械制造及化学工业中都已大量被使用。有需求就会有发展，铝合金的焊接也应征了这句话，工业发展不断向前推进，铝合金焊接结构件的需求量也日益增多，所以如何实现铝合金的更好焊接成为研究人员的重点关注问题。工业生产中，铝合金的需求量是相当大的，其应用已经渗入到方方面面，所以铝合金的焊接工艺也得到了重视，各种新型焊接技术在不断问世。同样，这些焊接技术在逐渐得到推广的同时，也更加推动了铝合金的使用。两者可以说是相辅相成，相互促进，缺一不可。
经过多年发展，不仅仅是铝合金的钎焊技术已经取得了相当大的进步，其他的焊接技术也在飞速发展，对于其他的焊接方法，也做出了相当多的研究。这些种类繁多的铝合金焊接方式与钎焊形成对比的同时，也能帮助我们更加深入地研究铝合金的钎焊。
图1.1 3003铝合金板材 图1.2 6063铝合金制品
除了惰性气体保护焊外，像激光焊、等离子弧焊、搅拌摩擦焊等新的焊接技术应用也越来越多[1]。在最前沿的工业生产和科学研究中，以等离子弧立焊、TIG 焊等为代表的新型焊接技术应用最为受到欢迎，该技术在传统的焊接技术上进行了改进，并且在其基础上做出了创新，是目前来说较为先进的铝合金焊接技术之一。并且在工业生产中，焊接工作人员对于高能密度焊较为认可，尤其是电子束焊技术。值得注意的是，在铝合金焊接技术领域中，摩擦搅拌焊技术成为新的宠儿，开始受到人们的关注和实际的应用[2]。
采用上述诸多焊接方法，对于较难焊接的铝合金而言，可以实现较为良好的工
艺生产；一些被认为不可焊接的材料也因此可以获得较高质量的焊接结构。
在铝合金焊接过程中，总是会遇到许许多多的问题：（1）铝合金焊接时，其接头可能会出现软化问题，这会直接影响铝合金焊接的质量，这种软化问题成为了工业生产焊接操作中较为实际且较困难的阻碍；（2）在焊接实际操作过程中，工件表面的氧化膜问题也是较难解决的存在，无论是对于焊接前的氧化膜清除处理，还是焊接过程中的氧化膜防护处理，都是急需要解决的焊接问题；（3）焊接过程中会产生焊接缺陷像热裂纹等，这会导致焊接区域的变形，焊接产品的质量会大打折扣；（4）铝合金自身的导热率较高，这就对焊接的热源提出了更高的要求。
1.2.1 铝合金的熔焊
熔焊，是指在焊接过程中，利用高温作用，将焊接接头和母材熔化从而实现两者的紧密连接。由于被焊的工件是紧密贴合在一起的，即使没有外力的作用，仅仅靠重力等因素就可以使两个工件熔化的液态组织紧密地混合在一起。在工件冷却后，工件熔化的部分逐渐冷却，然后凝结，两个工件会被紧紧地焊接在一起，从而实现焊接。熔焊又可以分为：电弧焊、电渣焊、气焊等等。工业生产中最常见的，应用最为广泛的电弧焊又可以进一步分为：手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、离子焊等。
图1.3 TIG焊示意图
在此，将重点参考并研究TIG焊接（如上图所示）。在焊接过程中，根据其电极是否熔化，可以将气体保护焊分为：不熔化电极的气体保护焊；熔化电极的气体保护焊。不熔化的电极气体保护焊包括钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊等，而不熔电极中的原子氢焊目前已经基本上不使用了[4]。TIG焊原理是：利用钨电极与工件之间产生的电弧热熔化母材和填充的焊丝，且充入钨极惰性气体，对焊接操作过程进行保护，防止其它气体影响焊接质量的。在焊接时，焊枪会产生一些特殊的惰性气体，在电弧与工件周围形成气体保护层以隔绝空气，防止其产生对焊接质量的不利影响，从而可获得优质的焊缝。
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景 1
1.2.1 铝合金的熔焊 2
1.2.2 铝合金的压焊 4
1.2.3 铝合金的钎焊 5
2 实验方法 7
2.1 制备75Zn25Al钎焊焊丝 8
2.2 钎料显微组织 9
2.3 润湿性实验 10
2.4 炉中钎焊 10
2.5 钎焊接头显微组织 12
2.6 钎焊接头力学性能 12
3 钎料显微组织 12
4 钎料铺展实验 14
5 钎焊接头强度实验 17
6 钎焊接头显微组织 19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 引言
3003铝合金的主体成分是Al元素和Mn元素，且拥有较为良好的力学性能、耐蚀性和成型性，在工业应用中较为常见，尤其是航空航天、汽车制造等现代化领域[3]。而6063铝合金的主体成分为Al元素、Mg元素和Si元素，其被广泛用于各个行业，像家用常见的铝合金门窗、墙体框架等结构，属于一种较为常见的铝合金型号，为了达到较为良好的耐蚀性、抗压性能，对其的要求也远远高于对一般工业型 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
材的要求。随着铝合金需求量的逐渐增长，以及越来越高的应用要求，为了达到较为良好的铝合金连接性能，在选择何种焊接方式上，研究人员对于既精密又方便的钎焊给予了厚望。在钎焊中，与3003铝合金最常配合使用的是AlSi系钎料，但该钎料的液相线温度较高，不利于钎焊的实行，即使使用一系列加工方法也没办法改善熔点过高的问题，因此中温钎焊成为研究人员的重点研究对象[3]。而AlZn系钎料由于其融化温度区间为中温区，较符合对于3003铝合金钎焊温度的要求。之前的研究普遍存在于铝铜钎焊，铝钢钎焊，所以异种铝合金（3003铝合金和6063铝合金）钎焊将成为新的热点。
1.2 研究背景
3003铝合金和6063铝合金，都属于生产生活中应用最为广泛的一类有色金属材料，在各个领域中包括航空航天、机械制造及化学工业中都已大量被使用。有需求就会有发展，铝合金的焊接也应征了这句话，工业发展不断向前推进，铝合金焊接结构件的需求量也日益增多，所以如何实现铝合金的更好焊接成为研究人员的重点关注问题。工业生产中，铝合金的需求量是相当大的，其应用已经渗入到方方面面，所以铝合金的焊接工艺也得到了重视，各种新型焊接技术在不断问世。同样，这些焊接技术在逐渐得到推广的同时，也更加推动了铝合金的使用。两者可以说是相辅相成，相互促进，缺一不可。
经过多年发展，不仅仅是铝合金的钎焊技术已经取得了相当大的进步，其他的焊接技术也在飞速发展，对于其他的焊接方法，也做出了相当多的研究。这些种类繁多的铝合金焊接方式与钎焊形成对比的同时，也能帮助我们更加深入地研究铝合金的钎焊。
图1.1 3003铝合金板材 图1.2 6063铝合金制品
除了惰性气体保护焊外，像激光焊、等离子弧焊、搅拌摩擦焊等新的焊接技术应用也越来越多[1]。在最前沿的工业生产和科学研究中，以等离子弧立焊、TIG 焊等为代表的新型焊接技术应用最为受到欢迎，该技术在传统的焊接技术上进行了改进，并且在其基础上做出了创新，是目前来说较为先进的铝合金焊接技术之一。并且在工业生产中，焊接工作人员对于高能密度焊较为认可，尤其是电子束焊技术。值得注意的是，在铝合金焊接技术领域中，摩擦搅拌焊技术成为新的宠儿，开始受到人们的关注和实际的应用[2]。
采用上述诸多焊接方法，对于较难焊接的铝合金而言，可以实现较为良好的工
艺生产；一些被认为不可焊接的材料也因此可以获得较高质量的焊接结构。
在铝合金焊接过程中，总是会遇到许许多多的问题：（1）铝合金焊接时，其接头可能会出现软化问题，这会直接影响铝合金焊接的质量，这种软化问题成为了工业生产焊接操作中较为实际且较困难的阻碍；（2）在焊接实际操作过程中，工件表面的氧化膜问题也是较难解决的存在，无论是对于焊接前的氧化膜清除处理，还是焊接过程中的氧化膜防护处理，都是急需要解决的焊接问题；（3）焊接过程中会产生焊接缺陷像热裂纹等，这会导致焊接区域的变形，焊接产品的质量会大打折扣；（4）铝合金自身的导热率较高，这就对焊接的热源提出了更高的要求。
1.2.1 铝合金的熔焊
熔焊，是指在焊接过程中，利用高温作用，将焊接接头和母材熔化从而实现两者的紧密连接。由于被焊的工件是紧密贴合在一起的，即使没有外力的作用，仅仅靠重力等因素就可以使两个工件熔化的液态组织紧密地混合在一起。在工件冷却后，工件熔化的部分逐渐冷却，然后凝结，两个工件会被紧紧地焊接在一起，从而实现焊接。熔焊又可以分为：电弧焊、电渣焊、气焊等等。工业生产中最常见的，应用最为广泛的电弧焊又可以进一步分为：手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊、离子焊等。
图1.3 TIG焊示意图
在此，将重点参考并研究TIG焊接（如上图所示）。在焊接过程中，根据其电极是否熔化，可以将气体保护焊分为：不熔化电极的气体保护焊；熔化电极的气体保护焊。不熔化的电极气体保护焊包括钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊等，而不熔电极中的原子氢焊目前已经基本上不使用了[4]。TIG焊原理是：利用钨电极与工件之间产生的电弧热熔化母材和填充的焊丝，且充入钨极惰性气体，对焊接操作过程进行保护，防止其它气体影响焊接质量的。在焊接时，焊枪会产生一些特殊的惰性气体，在电弧与工件周围形成气体保护层以隔绝空气，防止其产生对焊接质量的不利影响，从而可获得优质的焊缝。
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