超声波辅助钎焊铜/铝异种金属接头界面组织性能及强化机制

为了研究铜/铝异种金属钎焊接头界面金属间化合物层组织结构对接头性能的影响,从化合物结构出发,提出了一种预涂敷钎料的超声波辅助钎焊复合工艺.结果表明,采用Sn-9Zn共晶钎料,得到细小金属间化合物弥散地分布在铜表面的界面结构,增强了界面强度,其接头抗拉强度甚至超过传统工艺下将金属间化合物层减薄到极限厚度(1~2μm)时的强度.提出了一种基于超声预涂敷工艺的界面化合物结构调控方法,研究了化合物在钎焊过程中的演变规律,以及金属间化合物层在不同结构和分布情况下对接头力学性能的影响,探索了铜/铝异种金属低温焊接的新途径.     

铝/铜异种金属电阻热辅助超声波缝焊工艺特性

1060纯铝箔作为中间层,通过电阻热辅助超声波缝焊的方式实现1 mm厚度6061铝合金和T2紫铜异种金属焊接,分析了焊接过程中电阻热对铝/铜焊接接头焊缝成形、界面形貌、温度场以及力学性能的影响. 结果表明,采用单独超声波缝焊焊接铝/铜异种金属时,因产生的焊接能量较小,接头连接界面处仅局部区域位置形成连接,接头拉剪强度为45 MPa. 但在电阻热辅助超声波缝焊过程中,电阻热的加入能够有效预热工件,令待焊材料表面发生软化,在高频振动作用下,接头连接界面处形成有效连接. 同时,引入电阻热提高了铝/铜界面处温度,由单独超声波缝焊的140 ℃增加至190 ℃,界面处原子扩散距离增加,获得焊接接头的拉剪强度增加至75 MPa,相对前者接头拉剪强度提高67%.     

铜/钛热辅助超声波焊接接头组织和性能分析

为实现铜与钛异种金属的可靠连接，探索了一种热辅助超声波焊接的工艺方法。以MCGS触摸屏作为上位机，陶瓷加热片作为辅助加热热源，搭建了热辅助超声波焊接成套装置。通过MCGS软件开发的人机界面及控制程序，实现了热辅助超声波焊接工艺过程的实时控制。通过对不同加热温度下Cu/Ti超声波焊接接头力学性能和微观组织的分析，建立了热辅助超声焊接过程界面反应模型，以此阐释了Cu/Ti热辅助超声波焊接接头的形成机理。试验结果表明，辅助加热不仅提高了焊接区峰值温度，还促进了界面元素的相互扩散，使反应区的宽度和有效连接面积显著增加，机械嵌合作用明显增强，是Cu/Ti接头抗剪切强度显著提高的主要原因。     

Al/Ni异种金属超声波点动焊接工艺及界面组织分析

对1060铝合金和N4镍合金异种金属进行了超声波点动焊接,优化了焊接工艺,分析了接头界面组织,焊接接头组织微观形貌和力学性能.结果表明,超声波焊接能够实现1060铝合金和N4镍合金异种金属的有效连接,能够得到韧性和强度都很高的焊接接头;确定了铝镍异种金属超声波焊接的焊接工艺参数为焊接压力25.2~36.0 MPa,焊接时间75~85 ms;当焊接压力为32.4 MPa,焊接时间为85 ms时,抗剪强度超过铝侧母材.焊接接头界面的XRD和EDS分析结果表明,接头界面存在由Al,Ni两种元素互扩散而形成的2 μm厚的反应扩散层.     

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。     

铝/铜异种金属熔钎焊接头微观组织与力学性能

采用ER5356铝镁焊丝对1060纯铝与T2紫铜进行了脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊,并对接头宏观形貌、微观组织及力学性能进行了分析. 结果表明,在合适的焊接工艺参数下,可以获得成形美观、连续均匀、无缺陷的铝/铜异种金属接头. 焊接接头从铜侧以金属间化合物层、Al-Cu共晶体向焊缝过渡,金属间化合物主要由脆硬的Al2Cu相组成,而焊缝区主要由先析出的α(Al)固溶体以及从其晶界上析出的网状(Al)+S(Al2CuMg)/θ(Al2Cu)共晶组织组成. 随着焊接热输入的增加,金属间化合物层厚度明显增大,而焊接接头拉伸载荷先升高后下降,这与焊缝在铜母材上润湿铺展有关. 接头拉伸时,主要在铝母材热影响区和焊缝与铜母材界面处发生断裂.     

铝/铜异种金属超声波焊接工艺优化

铝-铜异种接头在电子、汽车行业及电池制造中有着广泛的应用,因此,针对铝-铜异种金属的超声波焊接进行工艺参数优化研究。通过设计单因素试验,研究焊接工艺参数(焊接压力、焊接振幅、焊接能量)对接头质量的影响,试验发现:其合理的焊接参数组合为0.28 MPa,45μm,700 J。同时,研究结果表明:焊接能量低时,界面未连接区域过多,接头质量不高;随着能量的提升,未连接区域减少,接头质量提高;但当焊接能量过大时,由于材料软化作用的影响,接头质量会逐渐降低。     

齿形对超声波焊接泡沫镍薄板与实体铝薄板的影响

采用超声波点焊工艺成功焊接了电池电极及催化剂载体所使用的泡沫镍薄板与纯铝实体薄板，在与泡沫镍接触的砧座处采用了粗细两种齿形设计，对比了不同齿形引起的不同塑性形变程度对焊接性能的影响. 分析了齿形及工艺参数对拉伸性能及断口形貌的影响. 结果表明，细齿形砧座30 J试样拉伸性能最优，拉伸载荷与断裂能分别达到泡沫镍母材的58.0%与69.1%. 测试了两种齿形砧座焊接的接头在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线，对比了其耐腐蚀性能. 能谱分析结果表明，跨过界面扩散的元素含量极少，焊接界面没有明显金属间化合物层产生，焊接过程属于固态过程.     

铝—铜搅拌摩擦焊搭接焊缝共晶组织形成与抑制

采用搅拌摩擦焊技术成功焊接了铝—铜异种金属搭接接头,研究了铝—铜FSW焊缝界面宏观形貌、组织行为特征及其与焊接热输入变化的相关性,揭示出铝—铜FSW焊缝界面行为演变的基本规律.结果表明,在相应的焊接工艺参数下,单位时间、单位焊缝长度的热输入越大,铝—铜界面越容易发生共晶反应,生成Al-CuAl2共晶体组织,直接影响焊接宏观接头抗剪力学性能,而随着热输入的减小,共晶反应程度及范围减小;也就是说,热输入的减少可明显抑制共晶反应的发生.     

铝铜异种金属冷压焊及其焊缝接头显微组织和性能

研究了铝铜异种金属冷压焊的焊接工艺,对铝和铜的焊接性能及冷压焊的焊接特点进行了分析.用冷压焊进行了铝铜异种金属对接接头的焊接试验,并对冷压焊的焊接工艺参数的选择进行了试验和分析.对焊接接头的显微组织、抗拉强度、抗弯强度、电阻性能、耐温度变化性能及接头耐高温性能进行了试验和分析,其结果为铝铜异种金属焊接在电气产品中的使用提供了依据.     

焊接能量对铝/铜超声波焊接接头显微组织的影响

进行了1 mm厚铝/铜异种金属超声波焊接试验研究,分析了不同焊接能量输入对接头形貌、接合区塑性变形、原子扩散的影响.结果表明,工件在高频振动作用下,连接界面间会发生漩涡状塑性变形,形成局部机械自锁,有助于实现超声波接头的有效连接.焊接能量较小时,结合区域塑性变形量小,局部区域无法形成连接;焊接能量过大时,接合区域会出现空穴.SEM和EDS分析表明,能量过高时(2000 J),接触界面区域会形成薄金属间化合物层,其主要成分为Al₄Cu₉.     

钢/铝异种金属连接工艺的研究现状

近年来采用钢与铝异种金属连接结构的产品越来越多,采用钢铝异种金属焊接可以减轻结构部件的重量,实现轻量化。但钢铝焊接时易出现裂纹、金属间化合物等,严重影响了焊接接头质量。笔者阐述了近年来国内外钢铝异种金属之间各种焊接工艺（压焊、钎焊、熔焊、搅拌摩擦焊）的研究现状,认为激光熔-钎焊方法既易于控制焊接热输入,又能较好的控制钢铝金属间脆性物质层,是一种实现钢与铝异种金属连接的具有前景的工艺。     

铝-铜搅拌摩擦焊搭接焊缝共晶组织形成与抑制

采用搅拌摩擦焊技术成功焊接了铝-铜异种金属搭接接头,研究了铝-铜FSW焊缝界面宏观形貌、组织行为特征及其与焊接热输入变化的相关性,揭示出铝-铜FSW焊缝界面行为演变的基本规律.结果表明,在相应的焊接工艺参数下,单位时间、单位焊缝长度的热输入越大,铝-铜界面越容易发生共晶反应,生成Al-CuAl₂共晶体组织,直接影响焊接宏观接头抗剪力学性能,而随着热输入的减小,共晶反应程度及范围减小;也就是说,热输入的减少可明显抑制共晶反应的发生.     

镁-铝异种金属冷金属过渡连接焊接性分析

通过CMT(Cold Metal Transfer)冷金属过渡焊接的工艺对镁(AZ31B)-铝(6061)异种金属焊接性进行了研究,试验中选用AZ61,4043焊丝、采用热镀锌钢板HDG60作为过渡金属,分别用于镁-钢、铝-钢侧焊接,选取合适的焊接工艺参数,使其间接实现了镁-铝异种金属连接的目的。研究得出:使用这种方法可以形成镁-钢熔钎焊焊接接头,铝-钢熔钎焊焊接接头组成的复合接头;同时冷金属过渡焊接可以通过保持较低焊接热输入从而降低界面反应层的厚度;而且镀锌钢板中间过渡层的使用也避免了镁-铝直接焊接时形成的脆性金属间化合物,如Al_3Mg_2,Mg_(17)Al_(12)等。采用该方法连接的镁-铝异种金属焊接接头的抗拉强度超过180 MPa,并且有较好的断后伸长率,相比铝镁异种金属CMT直接焊接,性能得到很大的改善,因此使用镀锌钢板中间过渡层的使用实现铝镁异种金属之间的连接是一种行之有效的方法。     

超声波焊接能量对铜/铝导线接头结合性能的影响

以BVR2.5铜线和BLV6铝线为研究对象,采用超声波焊接连接铜/铝异种金属导线,利用SEM,EDS,XRD和万能拉伸试验机分析超声波焊接能量对铜/铝导线焊接接头结合性能的影响.结果表明,超声波焊接可以实现铜/铝异种金属导线的有效连接.随着焊接能量增加,铜/铝界面原子相互扩散距离增加,但未形成中间相,接头抗拉力先升高后降低.当焊接能量较低时,接头抗拉强度取决于铜/铝导线冶金结合面积;当焊接能量超过300 J时,接头抗拉强度取决于铝侧有效承载面积;当焊接能量为300 J时,接头获得峰值拉伸载荷(409.8 N±8.9 N),拉伸时在铝侧断裂,断口为韧性断裂,接头性能较好.     

铜-铝电磁脉冲焊接界面形成过程的原子扩散行为

电磁脉冲焊接技术以高压脉冲放电驱使异种金属可靠连接而备受关注,但其界面结合机制尚不明确.该文搭建了铜-铝电磁脉冲焊接综合试验平台,捕获了焊接的动力学过程,得到碰撞点速度与碰撞角度的变化规律.在此基础上,构建了基于分子动力学模拟的电磁脉冲焊接典型界面(平直界面与涡旋界面)形成过程的对应模型,探究了焊接中的原子扩散行为,并根据模拟结果计算了典型结合界面的扩散层厚度,同时采用透射电子显微镜分析了结合界面的微观结构.研究结果表明,剧烈碰撞驱使界面材料塑性变形,界面材料塑性形变形成冶金结合和机械咬合是铜-铝电磁脉冲焊接界面的结合机制,且涡旋界面处的原子扩散厚度大于平直界面.该文可为深入理解电磁脉冲焊接机理和调控焊接效果提供科学依据.     

铝／镍层状复合金属的工艺制备技术研究

广泛应用于电池极耳的铝／镍层状复合金属材料，性能要求在保证复合强度的同时，必须控制镍层显微硬度在较低值范围。采用可控气氛热复合工艺，很好地解决了复合强度与镍层硬度控制的矛盾。讨论了可控气氛热复合的机理、退火过程中复合界面的组织变化对复合强度的影响。结果表明：可控气氛热复合机理可用表面热激活机制来进行解释；由于可控气氛热复合技术临界轧制复合变形率较低，采用该技术可最终制备出满足性能要求的铝／镍复合金属带材；严格控制退火工艺特别是温度，可优化工艺、避免金属间化合物的有害作用。     

圆柱锂电池铝极耳超声波点焊工艺研究

超声波点焊技术是一种效率高、可靠性好且绿色环保的固相连接技术,是圆柱锂电池制造工艺的关键技术,但目前关于超声波点焊连接圆柱锂电池极耳和盖帽引片机制的研究较少。结合焊接过程仿真和试验论证,研究了超声波点焊连接电池极耳和盖帽引片的过程,主要分析了焊接压强和焊接时间的影响,及电池循环测试后焊接强度的变化。结果表明,在焊接过程中,其他条件一定时,焊接强度随焊接压强和焊接时间的增大均呈现先增大后减小的趋势。当焊接压强为0.3MPa,焊接时间为0.04 s时,焊接的效果最佳,极耳的最大拉剪为45.8 N;极耳焊接后制造圆柱锂电池,经过循环测试后,最佳工艺参数下焊接的极耳在循环测试后仍能保持较好的焊接质量。     

铝/铜异质金属超声波焊接工艺研究

运用超声波金属焊接技术实现了铝/铜异种金属的连接,利用单因素试验研究焊接工艺参数(焊接压力、焊接振幅、焊接能量)对接头质量的影响,确定了最佳工艺参数组合为压力0.276 MPa,振幅45μm,能量700 J;研究了焊接能量对铝-铜焊接接头硬度、温度、界面形貌及力学性能的影响。研究发现,焊接过程中,铝发生了剧烈的塑性变形,并伴随着加工硬化现象和材料软化。随着能量的提升,未连接区域减少,接头质量上升,但当焊接能量过大时,由于材料软化作用的影响,接头质量下降。     

铝和不锈钢摩擦焊接界面组织与性能研究

针对6061铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢异种金属焊接,采用连续旋转摩擦焊接实现铝钢异种材料焊接,并采用SEM、EDS进行组织分析和性能测试。试验结果表明:在旋转速率为600 r/min、顶锻压力为4.5 MPa,顶锻时间为2 s等工艺参数条件下,铝/钢摩擦焊接头结合紧密,界面呈现波纹状;接头抗拉强度可达252 MPa,且拉伸断裂位置发生在铝侧;铝/钢异种材料接头的结合界面两边互有元素扩散,形成厚度小于2μm的金属间化合物层;其显微硬度在界面处发生阶跃变化,且形成金属间化合物的界面处硬度最高达230 HV。