连续纤维增强金属基复合材料(MMC)由基体金属及增强纤维组成,这类材料的焊接不但涉及金属基复合材料之间的焊接,还涉及金属与非金属增强相之间的焊接以及增强相之间的焊接。基体通常是一些塑性、韧性好的金属,其焊接性一般较好;而增强相是高强度、高模量、高熔点、低密度和低线胀系数的非金属,其焊接性都很差。因此,纤维增强金属基复合材料的焊接性也很差,焊接这类材料遇到的主要问题如下。
1.界面反应
金属基复合材料基体与增强相之间通常是热力学不稳定的,在较高的温度下两者的接触界面上易发生化学反应,生成对材料性能不利的脆性相。防止或减轻界面反应和生成脆性相是保证焊接质量的关键之一,该问题可通过冶金和工艺两个方面来解决。
(1)冶金方式 通过加入一些活性比基体金属更强的元素或能阻止界面反应的元素来防止界面反应。例如,加Ti可以取代Al与SiC反应,不仅避免了有害化合物Al4C3的产生,而且生成的TiC还能起强化相的作用;而提高基体Al中的Si含量或利用Si含量高的焊丝都可抑制Al与SiC间的界面反应。
(2)工艺方式 通过控制加热温度和时间来避免或限制反应的进行。例如,采用固态焊工艺或低热量输入的熔焊工艺可限制SiCf/Al复合材料的界面反应。
2.熔池的流动性差、基体金属对纤维的润湿性(www.xing528.com)
基体金属与增强相纤维的熔点相差较大,采用熔焊方法时基体金属熔池中存在大量的固体纤维,阻碍液态金属流动,易导致气孔、未焊透和未熔合等缺陷。
3.接头残余应力大
增强相纤维与基体的线胀系数相差较大,在焊接加热和冷却中在界面附近产生很大的内应力,易使结合界面脱开。因此,这种材料的热裂纹敏感性较大。
4.纤维的分布状态被破坏
压焊时,如果压力过大,增强纤维将发生断裂;焊件在界面处的纤维几乎是无法对接的,在接头部位增强纤维是不连续的,导致接头的强度及刚度比母材低得多。
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