合金元素对放热焊接接头显微组织的影响
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２１ ０ ２年 ・ ３期 第
技术与研 究
中国材料科技 与设备 （ 双月９１ ）
合 金 元 素 对 放 热 焊 接 接 头 显 微 组 织 的 影 响
张整社ｈ ，张明谦 ，曹红美 ，李玲 ，张 国栋
（．中 国 铝 业 股 份有 限公 司 连 城分 公 司 ，甘 肃 １ 兰州 ７ ０ ０ ； ３ ０ ０
化学反应产生高温金 属溶液 ，并 释放 出高 热量 完成焊 接的
一
种 方 法 。放 热 焊 接 化 学 反 应 速 度 非 常 快 ，仅 几 秒 就 可 以
完成焊接 ，其产 生的热量 极高 ，可 以有效 地传 导至熔 接部
位 ，使 其 熔 为 一 体 ，使 铜 ／ 、铜 ／ 、铜 ／ 、铝 ／ 之 间 铜 铝 钢 铝 形 成 牢 固 的分 子 结合 一 。 采 用 放 热 焊 接技 术 焊 接 铝 及 合 金 在 很 多 场合 得 到 应 用 ，
２ 武汉大学动力与机械学 院， 北 ． 湖
武汉
４０７） ３ ０ ２
摘 要 ：通 过 改 变 合 金 剂 的 组 成 ，研 究 了放 热 焊接 中合 金 元 素 Ｍｎ和 ｓ 的 添加 对 焊 缝 金 属 微 观 组 织 和 显 微 硬 度 的 影 响 。 ｉ
试验 结果表 明，通过 添加合金元素 ，能缓和反应剧烈程度 ，细化焊缝金属晶粒 ，提 高焊缝硬度 。 当 Ｍｎ和 Ｓ 的添加比例均 ｉ
渣 比较 均 匀 ，和合 金很 容 易 分 离 。 当加 入 的 Ｓ 和 Ｍｎ比 例 ｉ 均 为 ０ ２ 时 金 属 的 流 动 性 非 常好 ，反 应 比较 剧 烈 ，反 应 ．５
后的合金将底部全部熔化 ，反 应后 的合金均 匀 的铺 张在 底
面 ，合 金 比 较 硬 。
酮、汽油等有机溶剂擦除待焊工件 表面油污 ，随后用直径 为
属 形 成 的冶 金 结 合 程 度 较 低 ，整 个 焊 缝 区 域 为 比较 细 小 的
＊作 者 简 介 ：张 整 社 （１６ － ） ９ ２ ，男 ，高 级 工 程 师 ，主要 从 事 铝 冶 炼 和 新 材 料 方 面 的研 究 工 作 。Ｅ ｍａｌ ｈ ｚ ａ ｇ ｌ ． ｏ ｃ － ｉ ：ｚｓ ｈ ｎ ＠ ｌ ｃ ｍ． ｎ １
有 效 控 制 反应 温 度 在合 适 范 围 。
为 了进一步提高焊缝金 属 的实验 二 至 四。通 过 添加 一 定量 的 Ｓ 或 者 ｉ Ｍｎ ，发现反应都相对平缓 ，而且反应中火花和烟尘 都大量 减少 。但是单独添加 Ｍｎ时得 到的合金 流动 性 比较 差 ，形
成 的渣 也 比较 密 实 ， 与 金 属 粘 接 在 一 起 ，焊 接 中 夹 渣 现 象
比较严重 。单独加入 Ｓ 时 ，合金 的流动性 比较好 ，形成 的 ｉ
１ 试 验 材 料 及 方 法
试验焊剂方案设计如表 １所示 。通过改 变添 加合金 元 素的种类和 比例进行对 比。
试验 用 母 材 为 ｌＯ ｍ ＸｌＯ ｍＸ２ｍｍ 的 铝 板 ，先 用 丙 Ｏｍ ｍ Ｏ ０
为 ０ ２ 时 ， 焊缝 组 织 最均 匀 ，硬 度 较 高 。 ．５ 关 键 词 ：合 金 元 素 ；放 热 焊 接 ；焊 缝 组 织 ；显 微 硬 度 中 图 分 类 号 ：ＴＧ ７ ４０ 文 献 标 识 码 ：Ａ 表 １ 焊 剂成 分 （ 量 百 分 数 ｗ ） 质
０ 引 言
２ 试 验 结 果 及 分 析
２ １试 验 现 象 及 宏 观 结 果 ．
在方案一的实验中 ，合金液 能够 与母材 形成 一定程 度
的 冶 金 结 合 ，得 到 的 金 属 具 有 一 定 的 强 度 和 韧 性 ，填 充 金 属 与 母 材 结 合 的 比较 牢 固 。
比如轨道 焊 修 、母 线 修 补 、防雷 接 地 、阴极 保 护 等［ 。 ６ ］ 放 热焊 剂的主要 成分包 括高热剂 、造 渣剂 和合金 剂 ，高热
剂提供焊接热量实现合金液和母材的接触熔化和液相混合 ， 造 渣 剂 对 焊 接 过 程 起 冶 金 保 护 作 用 保 证 得 到 成 型 良好 外 观
美 观 的焊 缝 。
需要添加合金剂 的主要原 因是放热焊 接在剧 烈反 应时 放 出大量 的热 ，在焊接 过程 中产生 的高温 容易 导致母 材 以 及添加元 素的气化 烧损 ，影 响焊接接 头整体 性能 。添加一 些合适 的合金 元素 ，使其组 织结构 和性能 发生改 变 ，能够
焊接完成后对模具及焊缝表面进行清理。分别从各组焊接好的
试样 中取 样 ，制成 ｌｍｍＸｌｍ Ｏ Ｏ ｍＸ２ｍ 的试 样 ，采用 金 相砂 ０ｍ
度高 。说明焊缝金属和母材形成了冶金结合 。图 １ 一ｄ是焊
缝 区的 组 织 ，形 成 的 晶 粒 比较 细 小 。
纸进行打磨然后在抛光机上抛光 ，再用腐蚀剂进行腐蚀 。使用
０１ｍ ．５ ｍ￣Ｏ２ 的铜丝 刷 子刷 母 材 表 面 ，直 到露 出金 属 光 泽 ．ｍｍ 为止 。然 后 对母 材和 模 具 进 行预 热 。将 铝 板进 行 对 接 放 热 焊 ，
２ ２焊接 接 头微 观 组 织 ．
图 １ 示 是 方 案 一 实 验 后 试 样 的 焊 接 接 头 及 母 材 显 微 所 组 织 。从 １ ｂ和 １ ｅ 我 们 可 以 看 出 熔 合 线 附 近 扩 散 程 一 一 图
（Ｉ ） Ｐ ３光学 显 微镜 对 其 接 头 区进 行 观察 ，采 用 ＭＧ （一１０ Ａ显微硬度仪测试显微硬度分布。 Ｓ ００
图２ 所示是利用方案 二对铝板 进行放 热焊 接得 到的焊 接接头及母材 的显微组织 。
从 图 ２中可 以看 出，熔 合线 较为笔 直 ，母 材与焊 缝金
放 热焊接也称为 自熔 焊接 、火 泥熔接 ，又称 自蔓延高
温 合 成 （ ｅｆ ｐｏ ａａｉｇ Ｈｉｈ Ｔ ｍｐ ｒｔｒ ｙ ｔｅｉ， Ｓｌ— ｒｐ ｇｔ ｇ ｅ ｅａｕ ｅＳ ｎｈｓ ｎ ｓ 简 称 Ｓ ）ｌａ，无 需 外 部 电 源 或 热 源 ，是利 用 热熔 焊 接 的 ＨＳ Ｚ ］ －
技术与研 究
中国材料科技 与设备 （ 双月９１ ）
合 金 元 素 对 放 热 焊 接 接 头 显 微 组 织 的 影 响
张整社ｈ ，张明谦 ，曹红美 ，李玲 ，张 国栋
（．中 国 铝 业 股 份有 限公 司 连 城分 公 司 ，甘 肃 １ 兰州 ７ ０ ０ ； ３ ０ ０
化学反应产生高温金 属溶液 ，并 释放 出高 热量 完成焊 接的
一
种 方 法 。放 热 焊 接 化 学 反 应 速 度 非 常 快 ，仅 几 秒 就 可 以
完成焊接 ，其产 生的热量 极高 ，可 以有效 地传 导至熔 接部
位 ，使 其 熔 为 一 体 ，使 铜 ／ 、铜 ／ 、铜 ／ 、铝 ／ 之 间 铜 铝 钢 铝 形 成 牢 固 的分 子 结合 一 。 采 用 放 热 焊 接技 术 焊 接 铝 及 合 金 在 很 多 场合 得 到 应 用 ，
２ 武汉大学动力与机械学 院， 北 ． 湖
武汉
４０７） ３ ０ ２
摘 要 ：通 过 改 变 合 金 剂 的 组 成 ，研 究 了放 热 焊接 中合 金 元 素 Ｍｎ和 ｓ 的 添加 对 焊 缝 金 属 微 观 组 织 和 显 微 硬 度 的 影 响 。 ｉ
试验 结果表 明，通过 添加合金元素 ，能缓和反应剧烈程度 ，细化焊缝金属晶粒 ，提 高焊缝硬度 。 当 Ｍｎ和 Ｓ 的添加比例均 ｉ
渣 比较 均 匀 ，和合 金很 容 易 分 离 。 当加 入 的 Ｓ 和 Ｍｎ比 例 ｉ 均 为 ０ ２ 时 金 属 的 流 动 性 非 常好 ，反 应 比较 剧 烈 ，反 应 ．５
后的合金将底部全部熔化 ，反 应后 的合金均 匀 的铺 张在 底
面 ，合 金 比 较 硬 。
酮、汽油等有机溶剂擦除待焊工件 表面油污 ，随后用直径 为
属 形 成 的冶 金 结 合 程 度 较 低 ，整 个 焊 缝 区 域 为 比较 细 小 的
＊作 者 简 介 ：张 整 社 （１６ － ） ９ ２ ，男 ，高 级 工 程 师 ，主要 从 事 铝 冶 炼 和 新 材 料 方 面 的研 究 工 作 。Ｅ ｍａｌ ｈ ｚ ａ ｇ ｌ ． ｏ ｃ － ｉ ：ｚｓ ｈ ｎ ＠ ｌ ｃ ｍ． ｎ １
有 效 控 制 反应 温 度 在合 适 范 围 。
为 了进一步提高焊缝金 属 的实验 二 至 四。通 过 添加 一 定量 的 Ｓ 或 者 ｉ Ｍｎ ，发现反应都相对平缓 ，而且反应中火花和烟尘 都大量 减少 。但是单独添加 Ｍｎ时得 到的合金 流动 性 比较 差 ，形
成 的渣 也 比较 密 实 ， 与 金 属 粘 接 在 一 起 ，焊 接 中 夹 渣 现 象
比较严重 。单独加入 Ｓ 时 ，合金 的流动性 比较好 ，形成 的 ｉ
１ 试 验 材 料 及 方 法
试验焊剂方案设计如表 １所示 。通过改 变添 加合金 元 素的种类和 比例进行对 比。
试验 用 母 材 为 ｌＯ ｍ ＸｌＯ ｍＸ２ｍｍ 的 铝 板 ，先 用 丙 Ｏｍ ｍ Ｏ ０
为 ０ ２ 时 ， 焊缝 组 织 最均 匀 ，硬 度 较 高 。 ．５ 关 键 词 ：合 金 元 素 ；放 热 焊 接 ；焊 缝 组 织 ；显 微 硬 度 中 图 分 类 号 ：ＴＧ ７ ４０ 文 献 标 识 码 ：Ａ 表 １ 焊 剂成 分 （ 量 百 分 数 ｗ ） 质
０ 引 言
２ 试 验 结 果 及 分 析
２ １试 验 现 象 及 宏 观 结 果 ．
在方案一的实验中 ，合金液 能够 与母材 形成 一定程 度
的 冶 金 结 合 ，得 到 的 金 属 具 有 一 定 的 强 度 和 韧 性 ，填 充 金 属 与 母 材 结 合 的 比较 牢 固 。
比如轨道 焊 修 、母 线 修 补 、防雷 接 地 、阴极 保 护 等［ 。 ６ ］ 放 热焊 剂的主要 成分包 括高热剂 、造 渣剂 和合金 剂 ，高热
剂提供焊接热量实现合金液和母材的接触熔化和液相混合 ， 造 渣 剂 对 焊 接 过 程 起 冶 金 保 护 作 用 保 证 得 到 成 型 良好 外 观
美 观 的焊 缝 。
需要添加合金剂 的主要原 因是放热焊 接在剧 烈反 应时 放 出大量 的热 ，在焊接 过程 中产生 的高温 容易 导致母 材 以 及添加元 素的气化 烧损 ，影 响焊接接 头整体 性能 。添加一 些合适 的合金 元素 ，使其组 织结构 和性能 发生改 变 ，能够
焊接完成后对模具及焊缝表面进行清理。分别从各组焊接好的
试样 中取 样 ，制成 ｌｍｍＸｌｍ Ｏ Ｏ ｍＸ２ｍ 的试 样 ，采用 金 相砂 ０ｍ
度高 。说明焊缝金属和母材形成了冶金结合 。图 １ 一ｄ是焊
缝 区的 组 织 ，形 成 的 晶 粒 比较 细 小 。
纸进行打磨然后在抛光机上抛光 ，再用腐蚀剂进行腐蚀 。使用
０１ｍ ．５ ｍ￣Ｏ２ 的铜丝 刷 子刷 母 材 表 面 ，直 到露 出金 属 光 泽 ．ｍｍ 为止 。然 后 对母 材和 模 具 进 行预 热 。将 铝 板进 行 对 接 放 热 焊 ，
２ ２焊接 接 头微 观 组 织 ．
图 １ 示 是 方 案 一 实 验 后 试 样 的 焊 接 接 头 及 母 材 显 微 所 组 织 。从 １ ｂ和 １ ｅ 我 们 可 以 看 出 熔 合 线 附 近 扩 散 程 一 一 图
（Ｉ ） Ｐ ３光学 显 微镜 对 其 接 头 区进 行 观察 ，采 用 ＭＧ （一１０ Ａ显微硬度仪测试显微硬度分布。 Ｓ ００
图２ 所示是利用方案 二对铝板 进行放 热焊 接得 到的焊 接接头及母材 的显微组织 。
从 图 ２中可 以看 出，熔 合线 较为笔 直 ，母 材与焊 缝金
放 热焊接也称为 自熔 焊接 、火 泥熔接 ，又称 自蔓延高
温 合 成 （ ｅｆ ｐｏ ａａｉｇ Ｈｉｈ Ｔ ｍｐ ｒｔｒ ｙ ｔｅｉ， Ｓｌ— ｒｐ ｇｔ ｇ ｅ ｅａｕ ｅＳ ｎｈｓ ｎ ｓ 简 称 Ｓ ）ｌａ，无 需 外 部 电 源 或 热 源 ，是利 用 热熔 焊 接 的 ＨＳ Ｚ ］ －