铝合金与钢搅拌摩擦铆焊技术研究现状

搅拌摩擦铆焊技术在连接铝合金与钢领域的研究取得了较大的进展。综述搅拌摩擦铆焊的原理和分类,对铝合金与钢搅拌摩擦铆焊的接头形式、接头区域的微观组织演变、界面金属间化合物种类与影响因素以及接头失效形式进行分析总结。大量研究表明,搅拌摩擦铆焊接头区域按照微观组织演变可划分为锚固区、热机影响区以及热影响区。在铝合金与钢搅拌摩擦铆焊界面结合处易形成FexAly(xy)型金属间化合物,对接头性能产生危害,而通过表面镀Zn、Zn-Al-Mg或添加Zn元素等可减少有害金属间化合物,提高接头性能。     

镁/铝层状复合板材搅拌摩擦焊焊接行为

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对爆炸焊方法制备的镁/铝层状复合板进行焊接，对不同焊接速度条件下焊接接头的微观组织、物相以及力学性能进行分析。结果表明：镁/铝层状复合板的搅拌摩擦焊焊接接头界面连接效果良好，热机械影响区和热影响区界线不明显，搅拌区内镁、铝交替分布呈条带状，在搅拌区、热机械影响区和热影响区形成了Al₃Mg₂和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物，焊接缺陷主要为界面处金属没有及时填充形成的隧道孔洞；焊接接头横截面硬度呈“W”形分布，搅拌区的硬度从铝侧→界面→镁侧逐渐降低；FSW焊接接头的抗拉强度最大可达94.5 MPa，伸长率为6.7%，断裂机理为金属间化合物的脆性断裂和金属基体镁/铝的韧性断裂。     

Cu-Al的搅拌摩擦焊工艺和性能研究

对铜合金和铝合金电器散热器管进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接工艺及接头的力学性能。结果表明,搅拌摩擦焊时,应将铝合金作为前进侧,铜合金作为返回侧。焊接接头界面处生成Al2Cu和Al4Cu9金属间化合物。从Al侧到Cu侧,显微硬度呈高→低→高→峰值→低→高的趋势,硬度最大值出现在金属间化合物层。随焊接速率增加,Cu-Al焊接接头抗拉强度呈增加趋势,伸长率呈先增加后减小的趋势。     

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。     

镁/铝异种金属填充式摩擦点焊接头特性

采用填充式摩擦点焊技术对镁/铝异种金属进行工艺试验,并对点焊接头的力学性能和微观组织进行分析.结果表明,当采用合理的搭接接头设计和工艺参数进行镁/铝异种金属摩擦点焊时,可获得表面平整、抗剪切能力强的焊点,其焊点剪切力可达1865 N.组织分析发现,在焊核与镁母材之间的竖直界面处易出现少量的孔洞、微裂纹等缺陷,接头的断裂正发生在该区;而在镁/铝之间的水平界面结合良好,存在一定厚度的界面层组织,且该界面层组织的硬度要比两侧母材的硬度明显高很多,这与摩擦点焊过程中脆硬相的金属间化合物的形成有关.     

钛/铝激光熔钎焊接头原位 TEM 拉伸断裂行为

对于钛/铝异种金属熔钎焊接头,钛合金侧界面金属间化合物层的形态、厚度对接头力学性能存在显著影响.传统微观组织表征 + 宏观力学性能测试的方法无法直观获得纳米尺度下裂纹的萌生及扩展过程.基于此,采用原位TEM表征技术,对钛/铝熔钎焊接头界面金属间化合物层处的拉伸断裂行为展开研究,阐明界面金属间化合物层对接头力学性能的影响规律.结果表明,金属间化合物层物相主要以TiAl相和TiAl₃相为主,在原位TEM拉伸过程中,焊缝熔合区铝合金晶粒内部容易发生位错塞积,裂纹倾向于在位错塞积处萌生扩展.界面层不是拉伸试样的薄弱区,试样倾向于在焊缝熔合区或钛合金侧发生断裂.     

不同下压量下TC4/A6061异种合金FSW接头成形及显微硬度研究

对2.5 mm厚的TC4钛合金板和A6061-T6铝合金板进行了搅拌摩擦焊对接试验,研究了不同下压量下接头的表面成形和显微硬度。试验结果表明:当下压量为0.10 mm时,焊缝表面出现沟槽缺陷;当下压量增大到0.26 mm时,焊缝两侧的飞边较多,且试件背部的铝合金与垫板发生粘连。当下压量为0.18 mm时,接头的表面成形良好且内部无缺陷,钛侧搅拌区的边界处出现了Ti-Al金属间化合物层,其厚度约为3μm。焊接接头的显微硬度最大值位于金属间化合物层处。     

Al6061-T6/H220YD搅拌摩擦焊研究

对钢和铝异种金属进行了搅拌摩擦搭接焊试验,结果表明:接头界面区两侧的钢被搅入铝合金后发生弯曲,呈现"弯钩状"。整个连接界面区域连续分布着钢颗粒夹杂物、叠层组织及金属间化合物层,这些成为影响接头质量的重要因素。对接头的界面处进行XRD分析,验证了金属间化合物AlFe,AlFe_3的存在。     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

铝合金/不锈钢惯性摩擦焊接头的组织特性和力学性能研究

惯性摩擦焊是一种连接异种金属理想的焊接方法,对铝合金/不锈钢采用惯性摩擦焊进行焊接,并详细研究了焊接接头的形貌、组织、界面成分和力学性能。结果表明,在惯性摩擦焊接头的界面处形成了很薄的金属间化合物(IMC)反应层,该反应层主要由Al、Fe元素组成,是富集Si元素的Fe Al3相。惯性摩擦焊接头组织由焊核区、完全动态再结晶区、热机械影响区和热影响区组成。完全动态再结晶区的晶粒尺寸小于0.1μm,它的平均宽度为5μm。接头的显微硬度(HV)最大值出现在不锈钢侧的完全动态再结晶区,其值为3958 MPa。惯性摩擦焊中,初始转速对接头的拉伸性能有显著影响。当初始转速为1200 r/min时,铝/钢惯性摩擦焊接头的最大抗拉强度为323 MPa,达到铝合金母材强度的92%。     

铝/镀锌钢激光填丝熔钎焊对接接头的组织与力学性能

采用不同的送丝速度对5056铝合金和ST04Z热镀锌钢进行激光填丝熔钎焊对接试验,焊接材料为Al Si12焊丝,用SEM、EDS、XRD、显微硬度计和拉伸试验机对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:在适当的焊接参数下,使用激光熔钎焊可实现良好的单面焊双面成形,获得铺展性良好的对接接头。在铝合金侧母材与填充金属混合后形成焊缝,焊缝区与镀锌钢的界面处不同位置形成了厚度不均的金属间化合物层。熔钎焊接头主要的金属间化合物为脆硬的Fe_2Al_5、Fe_4Al_(13)。随着送丝速度的增加,接头铺展性变好,接头中间位置的金属间化合物层厚度先减小后增加,接头抗拉强度先增加后减小。焊接接头最大抗拉强度可达143 MPa,拉伸断裂在铝侧的熔合区,呈准解理断裂。     

铝合金/不锈钢惯性摩擦焊接头的组织特性和力学性能研究（英文）

惯性摩擦焊是一种连接异种金属理想的焊接方法,对铝合金/不锈钢采用惯性摩擦焊进行焊接,并详细研究了焊接接头的形貌、组织、界面成分和力学性能。结果表明,在惯性摩擦焊接头的界面处形成了很薄的金属间化合物(IMC)反应层,该反应层主要由Al、Fe元素组成,是富集Si元素的Fe Al3相。惯性摩擦焊接头组织由焊核区、完全动态再结晶区、热机械影响区和热影响区组成。完全动态再结晶区的晶粒尺寸小于0.1μm,它的平均宽度为5μm。接头的显微硬度(HV)最大值出现在不锈钢侧的完全动态再结晶区,其值为3958 MPa。惯性摩擦焊中,初始转速对接头的拉伸性能有显著影响。当初始转速为1200 r/min时,铝/钢惯性摩擦焊接头的最大抗拉强度为323 MPa,达到铝合金母材强度的92%。     

光束偏移量对钛/铝异种合金激光焊接接头组织和性能的影响

采用激光进行3mm厚钛合金TA15和铝合金5A06的对接焊,激光束聚焦在钛合金上使钛合金熔化,通过热传导使铝合金熔化,得到了成形良好的接头,分析了光束偏移量对接头组织和性能的影响规律.偏移量为0.1 ～0.4 mm时,形成了熔焊接头.偏移量为0.5mm时,接头上部形成熔焊接头,并形成了Ti-Al金属间化合物.接头中部和下部形成了熔钎焊接头,并形成了一层连续的约1 μm厚的金属间化合物.接头抗拉强度随偏移量的增加先增大后减小,偏移量为0.5mm时,接头强度最大,平均抗拉强度可达到181 MPa,接头部分断裂于钛/铝界面的金属间化合物处,部分断裂于铝合金焊缝区.     

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能

异种金属的连接可实现节能、经济及减重的目标,成为航空航天、造船、铁路运输等领域的研究热点之一;而铝合金与不锈钢物理化学性能差异明显,成为异种金属中最难实现的连接接头之一。采用惯性摩擦焊接技术进行2219铝合金与不锈钢回转体的连接,分析不同焊接工艺参数下铝钢惯性摩擦焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,惯性摩擦焊接使铝钢接头铝合金一侧形成了细晶区和拉长晶区;EDS结果显示焊接界面处发生了Fe、Al等元素扩散。硬度测试结果表明,在连接界面处-0.6~+0.15 mm范围内硬度值发生了明显的阶跃变化,该区域为受焊接热及变形作用的主要区域,硬度值高于母材。合理焊接工艺下获得的2219铝合金与不锈钢接头拉伸强度为235~300 MPa。铝钢惯性摩擦焊接断口以脆性断裂为主。     

搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验，研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现，由于铝和铜两种材料的流动性存在差异，随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移，搅拌头-工件界面的温度无明显变化，而焊接过程中的前进阻力显著增大，且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析，发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构，分别为靠近铝侧的Al₂Cu层和靠近铜侧的Al₄Cu₉层，此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想，接头抗拉强度达到200 MPa。     

5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用不同的工艺参数对5083-OT与6005A-T6铝合金进行搅拌摩擦焊焊接。通过金相分析、XRD分析、拉伸性能等方法，研究焊接速度、轴肩直径及搅拌头偏移量等参数对5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响。结果表明：5083/6005A异种铝合金搅拌摩擦焊界面无明显脆性金属间化合物生成；焊核区组织发生动态再结晶，形成细小的等轴晶组织；前进侧热机影响区受到的机械搅拌作用力大于后退侧，晶粒变形大于后退侧热机影响区；热影响区组织仅受到热循环的作用，晶粒有粗化现象；随着偏移量的增加，使得焊核区和后退侧热机影响区硬度值降低，最低值出现在6005A侧热影响区，其抗拉强度、屈服强度、延伸率均逐渐减小，当焊接速度为600 mm/min、轴肩直径为12 mm、偏移量为0 mm时接头性能最好：抗拉强度为245 MPa，屈服强度为165 MPa，延伸率为5.67%。     

7075/TC4异种金属CMT Advanced+P熔钎焊特性分析

基于CMT Advanced+P焊接方法,以ER5356铝合金焊丝对7075铝合金和TC4钛合金组成的搭接接头进行熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析.结果表明,焊接接头主要由焊缝区、铝合金侧热影响区和钎焊界面区组成;焊缝区主要是等轴晶;铝合金侧热影响区的晶粒表现出轧制特性,并在晶界附近析出大量金属间化合物;...     

铜铝钎焊接头中的金属间化合物

本文对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2~5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。     

铜/铝异质钎焊连接界面金属间化合物的研究进展（英文）

对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2～5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。     

汽车用铝合金/钢焊接接头组织与力学性能

采用电阻焊方法实现对A6061铝合金和Q235钢的焊接。采用显微硬度计测试焊接接头显微硬度,采用SEM、EDS等方法分析焊接接头界面显微结构和元素组成,研究了点焊接头的缺陷形式。结果表明,铝合金/钢点焊接头主要由靠近Q235侧和靠近铝合金侧两层金属间化合物构成。化合物层主要为Al-Fe金属间化合物,其显微硬度高于基体。采用合适的点焊工艺,可以避免电阻焊接头中未焊合、裂纹、缩孔等缺陷的产生。