大尺寸耐熱氧化鋁板過渡技術焊接性

鋁鋼異種金屬冷金屬過渡技術焊接性研究 當前，隨著鋁及其氧化鋁板在汽車工業(yè)中的應用越來越廣泛，鋁鋼異種金屬之間的連接便成為焊接領域的熱點和難點問題之一。因此，研究鋁氧化鋁板和鍍鋅鋼異種金屬CMT熔釬焊焊接具有重要的理論意義和實用價值。本文針對汽車工業(yè)中鋁氧化鋁板和鍍鋅鋼異種金屬的輕量化結構制造，對鋁氧化鋁板與鍍鋅鋼異種金屬薄板搭接件進行了冷金屬過渡(CMT熔釬焊連接，利用正交實驗法研究工藝參數(shù)、焊絲成分、母材類型對焊縫宏觀形貌、接頭微觀組織和力學性能的影響，通過調整各種焊接工藝參數(shù)及改善焊接工藝條件，得到鋁氧化鋁板和鍍鋅鋼薄板異種金屬CMT焊接接頭性能最佳的焊接工藝參數(shù)。

 通過對1mm厚不同型號變形鋁氧化鋁板（518360617075和鍍鋅鋼板（鍍鋅層厚度分別為4060120g/m2異種材料進行CMT焊接試驗，試驗結果表明，接頭為典型的搭接接頭形貌，焊接接頭由釬焊接頭和熔焊接頭兩部分組成。釬焊接頭主要由中心界面區(qū)、過渡界面區(qū)、富鋅區(qū)以及與焊縫形成釬焊連接的鍍鋅鋼母材組成；熔焊接頭主要是由熔焊接頭焊縫、焊接熱影響區(qū)及鋁母材組成。熔化區(qū)主要由α-A l相及Al-Si共晶相組成；釬焊接頭中心界面區(qū)化合物層的寬度大約為35μm反應層為致密的Fe2A l5金屬間化合物層；過渡界面區(qū)反應層的寬度為23μm靠近熔化區(qū)的一側有灰色的絮狀物，其成分為富鋁的固溶體，靠近鋼一側致密的灰色物質為FeA l3金屬間化合物層；富鋅區(qū)是由實心樹枝狀晶的鋁鋅α固溶體和枝晶間的殘留鋁所組成的網(wǎng)狀結構。運用正交實驗設計研究了各種焊接規(guī)范參數(shù)以及不同型號的變形鋁氧化鋁板和鍍鋅鋼板對鋁鋼焊接接頭宏觀形貌、微觀組織和力學性能的影響。試驗結果顯示：焊絲成分是影響焊接接頭力學性能的最主要因素，其中4043AlSi5焊絲的焊接接頭力學性能優(yōu)于4047和5356從而說明硅含量在5%左右的鋁氧化鋁板焊絲的焊接性較好，鋁硅焊絲（4043熔點低，熔融液態(tài)鋁在鋼表面浸濕，流動性好，濕潤角小，有利于焊縫的成型。結果表明：7075系列鋁材在焊接電壓13V送絲速度6.07.0m/min焊接速度6.57.0mm/偏離距離1.52.5mm鍍鋅層厚度120g/m2并用4043焊絲時可得到焊縫成型和接頭性能良好的熔釬焊接頭。由于FRP材料的抗火能力很差，CFRP材料很難應用于抗火要求高的建筑結構中。本文對圓截面鋼管--CFRP-組合柱組合短柱（簡稱為SCCC組合柱）力學性能進行研究，其組成是由外部的鋼管、環(huán)形、CFRP圓管、核心四部分組成。由于屬于熱惰性材料，高溫環(huán)境中環(huán)形就能有效保護CFRP圓管并延長耐高溫的時間。

只是從力學方面對構件進行研究，還應該從多個方面對其進行深入研究，才能推動其在工程中更好的發(fā)展。本文利用試驗和有限元模擬分析兩種方法對新型SCCC組合柱的軸壓力學性能進行研究。詳細介紹了試驗的過程、試件的設計、加載方案和測量方法以及有限元采用的單元類型和邊界條件等。試驗結果表明：由于CFRP圓管對核心有很好的約束套箍作用，所以隨著CFRP圓管直徑的增加新型SCCC組合柱的軸向極限承載力也隨之增大。有限元的分析結果表明：利用有限元軟件ABA QUS計算的結果與試驗結果基本上能夠吻合。說明只要選取合適的單元類型、破壞準則和邊界條件并定義好實際的材料屬性，新型SCCC組合柱可以通過有限元軟件進行數(shù)值模擬。一些無法用試驗完成的大型或者超大型構件也可以利用有限元軟件進行數(shù)值計算。根據(jù)試驗結果和有限元模擬的結果可以得到隨著CFRP管直徑的增加，新型SCCC組合柱的軸心抗壓能力也隨之增強。本文的研究成果可以為SCCC組合柱在工程中的應用發(fā)展及今后對組合柱其他方面性能的研究提供參考。

 和鋼材能夠相互結合的應用材料，SCCC組合柱軸壓力學性能研究 CFRP復合材料是一種新型結構材料。由于其抗拉強度高、耐腐蝕性好等諸多優(yōu)點在航空航天工程以及建筑工程中被廣泛應用。目前，工程中CFRP主要應用在結構的加固方面，CFRP大部分都是裸露在結構的外部。   

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