钢、铝和铝合金组合的扩散焊优化研究

低碳钢与铝及铝合金组合进行真空扩散焊时，在扩散焊界面附近容易形成Fe-Al金属间化合物，将会使接头强度下降。为了获得良好的扩散焊焊接头性能，可采用增加中间过渡层的方法以获得牢固的接头。中间过渡层可采用电镀等方法镀上一层很薄的金属，材料一般选用Cu和Ni。这是因为Cu和Ni能形成无限固溶体，Ni与Fe、Ni与Al均能形成连续固溶体。这样就能有效地防止界面处出现Fe-Al金属间化合物，显著地提高接头的性能。

低碳钢与防锈铝3A21（LF21）进行真空扩散焊时，可在低碳钢的表面先镀一层Cu，之后再镀一层Ni。Cu、Ni中间层可用电镀法获得，焊接时采用氩气保护。低碳钢与防锈铝扩散焊的焊接参数为：加热温度550℃，保温时间1～20min，焊接压力13.7MPa，真空度1.33×10^-4Pa，采用这些焊接参数焊接后，可获得令人满意的焊接接头。

Q235低碳钢与纯铝1035（L4）扩散焊时，可在Q235低碳钢上镀上Cu、Ni复合镀层，采用如下焊接参数可获得良好的焊接接头：加热温度为550℃，焊接压力12.3MPa，焊接时间2min，真空度1.33×10^-4Pa。

焊接直径为25～32mm的纯铝棒1060（L2）与12Cr18Ni9不锈钢棒的扩散焊的焊接参数为：加热温度500℃，保温时间30min，焊接压力7.4MPa，真空度6.65×10^-5～1.33×10^-4Pa，焊后接头抗拉强度σ_b≥88.2MPa。

合金元素Mg、Si及Cu对Al与钢扩散焊接头的强度影响很大，Mg会增加接头中形成金属间化合物的倾向，对焊接性不利。随着铝合金中Mg含量的增加，焊接接头的强度可明显地降低。当铝合金含有质量分数为0.5%的Cu和质量分数小于3%的Si时，对铝合金与12Cr18Ni9不锈钢之间的扩散焊非常有利。由于铝合金中Si的含量较高，能提高抗蠕变能力，所以扩散焊时必须延长保温时间，才能获得最大的接头强度。低碳钢、不锈钢与铝及铝合金扩散焊的焊接参数见表3-8。不锈钢新旧牌号对照见GB/T3280—2007《不锈钢冷轧钢板》、GB/T4237—2007《不锈钢热轧钢板》和GB/T4238—2007《耐热钢板》标准等。(www.xing528.com)

表3-8 低碳钢、不锈钢与铝及铝合金扩散焊的焊接参数

当铝合金中w（Cu）为3%时，可以提高接头的强度性能，这时在接头区域没有脆性相。12Cr18Ni9不锈钢与Al-Cu系合金扩散焊时，焊接加热温度不应超过525℃。对12Cr18Ni9不锈钢与5A03（LF3）防锈铝扩散焊接头进行金相分析时发现，在扩散过渡区有两种显微硬度明显不同的相：比较硬的明亮相为金属间化合物（600HBW），相当于Fe-Al二元合金相图的中间部分，即FeAl2或Fe2Al5。接头抗拉强度约为70MPa。由电子探针分析表明，界面处发生了Fe、Al、Ni、Cr及Mg元素的扩散。