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| 采用计算流体动力学(CFD)商业软件FLUENT,成功建立了铝／铜搭接数学模型,对铝/铜异种金属TIG熔钎焊的温度场和流场进行了数值模拟。通过铝/铜异种金属TIG熔钎焊搭接工艺实验,对模拟结果进行了实验验证。并研究了分别采用Zn-15%Al实芯、Zn-15%Al药芯和Al-12%Si药芯三种不同焊丝作为填充金属所得焊接接头的微观组织和力学性能。当焊接电流为50A时,铝/铜TIG熔钎焊接头温度场和流场计算结果表明：熔池内最高温度为1242K。铝母材上热影响区的温度范围在900-933K之间,在此温度下热影响区内的晶粒可能变得粗大。由于熔化潜热与熔池流体流动的影响,在铝板与熔池连接的熔合线处温度梯度变小。在黄铜母材与熔池连接的界面层区域内,最高温度为995K,据此推断可能会生成Al2Cu(?)目。在熔池纵截面(y=0),流体在表面和底部由中心流向边界,而处于中间层的流体由边界流回中心；在熔池横截面,流体流动时形成了两个大小不等的环流,且呈非对称分布；在xy面(z=-2),即铝板上表面所在平面,流体流动形成了四股环流,最大流速为0.48m/s。当焊接电流为40A时,铝/铜TIG熔钎焊接头温度场和流场计算结果表明：熔池中最高温度为1213K,略低于焊接电流为50A时熔池内的最高温度。通过与电流为50A时的温度场对比发现,热输入的降低减小了焊缝的宽度。熔池内最大流动速度为0.57m/s。在xy面(z=-2)上,即铝板上表面所在平面,与电流为50A时熔池流场相比除了在熔池的四个拐角位置出现了四股紊流外,在熔池内部流体中又形成了两股较小的紊流,随着流体的剧烈流动,一些低沸点的金属(如锌)发生蒸发,在焊缝中形成气孔。在熔池横截面上,整个流场形成两股环流,与电流为50A时的流场不同,两股环流呈对称分布,靠近铝母材一侧的流体由熔合线流向熔池中心,导致等温线向熔池中心弯曲。铝/铜TIG熔钎焊搭接工艺实验结果表明：采用Zn-15%Al实芯焊丝时,接头焊态下抗拉强度为164MPa,热处理后强度为160MPa。铝合金/黄铜焊缝中金属间化合物层主要由CuZn5组成,且以柱状晶形式向焊缝生长。经焊后热处理,部分柱状晶从界面层脱落而进入焊缝。当采用Al-12%Si药芯焊丝时,接头在焊缝与黄铜母材的界面层处发生断裂,拉伸强度为122MPa。由于Cu的扩散,焊缝中产生了Al2Cu相。当采用Zn-15%Al药芯焊丝时,接头拉伸强度为129MPa,并在焊缝处断裂。由于焊接热输入较小,所得界面层厚度约为5gm,且主要由AlCu相组成。 |
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流体力学
