扩散焊接钨/钒/钢体系的界面结构及力学性能

采用厚度为0.5 mm钒片作为中间层,在1050℃/10 MPa/1 h的工艺条件下,对钨/钢异种材料进行扩散焊接.采用扫描电镜、能谱仪和纳米压痕分别对接头的微观组织、元素分布及显微硬度进行分析和测试;对接头的拉伸性能进行测试,并对其断口形貌和元素分布进行分析.结果表明,利用母材与中间层之间元素的相互扩散,可实现钨/钢材料的焊接;钨/钢焊接接头界面区由钨-钒固溶体层、未反应钒层及钒-钢扩散层3部分组成,其中钒-钢界面层结构为钒/VC层/脱碳层/钢;钢/钒扩散层具有最高的显微硬度;钨/钢接头抗拉强度为75 MPa,含脆性相VC的钒/钢界面是接头失效的主要断裂源.     

YG8/GH4169异种材料钎焊接头残余应力的数值模拟

钻探采样技术是实现月球土壤样本采集的首选方法,针对钻采工具中异种材料钎焊接头残余应力大、连接质量差等问题,以ANSYS有限元软件为平台,采用数值模拟方法,分析了YG8/GH4169钎焊接头残余应力的分布情况,以及添加Cu,Mo中间层时对接头残余应力的影响规律.结果表明,在硬质合金/高温合金钎焊接头中存在极大的残余应力,硬质合金靠近焊缝的顶点附近为应力集中的危险区域,最大轴向残余应力约为1 304 MPa;添加Cu,Mo中间层均能有效缓解接头残余应力,当中间层厚度小于0.6 mm时,Cu对接头残余应力的缓解效果更好,中间层厚度大于0.6 mm时,Mo的缓解效果更佳;Cu,Mo作为中间层时,缓解接头残余应力的最佳厚度均为1.0 mm左右,异种材料钎焊接头残余应力的试验结果与数值模拟结果基本吻合.     

钒/镍复合中间层扩散焊接钨与钢的界面结构及力学性能

通过添加钒/镍复合中间层,在1 050℃/10 MPa/1 h的工艺条件下,对钨/钢异种材料进行真空扩散焊接.采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、纳米压痕、X射线衍射对接头的微观组织、元素分布及显微硬度进行分析和测试;对焊接接头的拉伸性能进行测试,并对拉伸断口的形貌特征,元素分布及物相组成进行分析.结果表明,采用钒/镍复合层可实现钨与钢的可靠焊接;钨/钢焊接接头界面区由钨-钒固溶体层、未反应的钒层、钒-镍界面层、未反应的镍层、镍-铁固溶体层五部分组成,其中钒-镍界面层结构为碳化钒层/钒-镍金属间化合物和碳化钒混合层/钒-镍金属间化合物层;钒/镍界面由于硬脆碳化物与金属间化合物的产生,具有最高的显微硬度,硬度高达9.7 GPa;接头强度达164 MPa,断裂点位于含脆性相碳化钒及钒-镍金属间化合物的钒/镍界面.     

Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头应力分布

用有限元方法计算了Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的应力分布,研究了加热温度、压力和中间层对应力分布的影响.结果表明,残余轴向应力和剪切应力在试样边缘处梯度都较大,靠近中心轴,应力分布比较均匀,最大剪切应力出现在A12O3-TiC/中间层界面处.在扩散焊冷却过程中,Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头最大轴向拉应力先是出现在边缘陶瓷侧,随着温度的降低,逐渐向试样中心靠近,应力值也逐渐增大.加热温度越低,轴向压应力越大.压力越大,最大轴向拉应力越小,压应力越大,但压力对剪切应力的影响较小.使用Ti-Cu-Ti复合中间层比使用Ti中间层可降低最大轴向压应力和最大剪切应力.     

Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头应力分布

用有限元方法计算了Al2O3-TiC／1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的应力分布,研究了加热温度、压力和中间层对应力分布的影响。结果表明,残余轴向应力和剪切应力在试样边缘处梯度都较大,靠近中心轴,应力分布比较均匀,最大剪切应力出现在Al2O3-TiC／中间层界面处。在扩散焊冷却过程中,Al2O3-TiC／1Cr18Ni9Ti扩散焊接头最大轴向拉应力先是出现在边缘陶瓷侧,随着温度的降低,逐渐向试样中心靠近,应力值也逐渐增大。加热温度越低,轴向压应力越大。压力越大,最大轴向拉应力越小,压应力越大,但压力对剪切应力的影响较小。使用Ti-Cu-Ti复合中间层比使用Ti中间层可降低最大轴向压府力和最大前切府力。     

异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征及中间层的作用

利用有限元方法 ,模拟分析了异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征。分析表明 ,对接头有害的较大的残余应力区域分布在膨胀系数较小母材靠近焊缝附近的地带 ,而残余应力的最大值出现在其界面脆性相及焊缝附近靠近接头边缘的微小区域 ,降低连接温度、减少连接时间有利于减小接头残余应力 ,优化接头的界面应力状态。提出了中间层残余应力因子Rf 和中间层厚度因子Tf 概念 ,考虑到中间层的接触强化影响及被焊金属表面物理接触的形成要求 ,当选择中间层时 ,为降低接头的残余应力 ,应尽量选择 |Rf|、Tf 较小的中间层 ,同时中间层厚度应在能保障形成充分物理接触的前提下取较小的厚度     

钨合金与钢焊接研究进展

文中从钨与钢的焊接性出发,对钨与钢焊接领域的研究现状进行了总结,包括熔焊、扩散焊、钎焊等焊接技术,对钨与钢焊接研究的重点内容和发展趋势进行了讨论。在钎焊过程中通过低熔点非晶态钎料与局部加热的方式,避免整体加热带来的晶粒粗化等不利影响,在钎焊与扩散焊过程中通过合适的中间层,缓解了残余应力,避免了金属间化合物与金属碳化物的产生。在熔焊过程中通过调整能量分布,形成有效熔池,获得良好成形的接头。水下爆炸焊、化学/物理气相沉积、等离子喷涂、磁控溅射等技术能连接的钨厚度低,同时还存在孔隙率大,残余应力大,连接强度低的问题。     

掺杂石墨/Cu钎焊接头残余应力的分布特征及中间层的作用

利用有限元方法,模拟分析了掺杂石墨/Cu钎焊接头残余应力的分布特征。分析结果表明,对接头有害的较大残余应力分布在石墨棱角距离焊缝约0.8mm处的狭小区域;降低连接温度、减少连接时间及增加钎焊压力均有利于减小接头残余应力,优化接头的界面应力状态;中间层的加入在一定程度上缓和了接头的残余应力。从缓和效果来看,Cu比Mo作中间层好,而Cu/Mo复合中间层的缓和效果最好,是较理想的中间层材料。     

Ti-Cu复合中间层在钨/CLAM钢扩散连接中的性能

采用Ti-Cu复合中间层扩散连接钨与CLAM钢,在30 MPa、1h和800~950℃的条件下,成功获得了W/Ti-Cu/CLAM钢接头。接头界面连接良好,中间层区域发现有Ti₂Cu或TiCu₄等金属间化合物产生。TiC脆硬层使得中间层/钢界面处的硬度远高于钢母材,同时造成了接头处钢母材的失C并软化现象。随焊接温度的升高,接头的剪切强度先升高后降低,在850℃时达到了274 MPa的最大值,剪切试样均断裂在W/中间层界面靠近钨侧处。     

电镀辅助热等静压扩散连接钨/钢接头的特征

采用电化学沉积技术在纯钨圆柱表面上电镀了厚度为10 μm的Ni镀层,再利用热等静压扩散连接方法制备可应用于核聚变堆部件的钨/钢圆柱体连接试样。热等静压扩散连接工艺参数设定为900 ℃/100 MPa/1 h。由组织和成分分析可知钨/钢扩散连接接头形成了良好的冶金结合,其接头抗拉伸强度约为236 MPa,但由于残余应力集中,钨/钢接头断裂失效发生在靠近连接界面的钨基体内。实验加入Cu作为软质中间层,通过蠕变或者屈服机制释放残余应力,使得钨/钢接头强度提高到312 MPa。同时分析了镀层的结合力和钨/钢连接接头界面的硬度分布。     

P91管道焊接残余应力数值模拟

Cr-Mo耐热钢最常见的问题是发生于焊接接头热影响区的Ⅳ型裂纹引起的失效,焊接残余应力水平起着重要的作用。本文基于大型有限元软件ABAQUS,开发了一个顺次耦合的焊接应力计算程序,对P91钢焊接接头的残余应力场进行了模拟。研究结果表明:轴向和径向残余应力均呈拉应力状态;焊接残余应力最大值集中在靠近母材的热影响区附近,并且焊接残余应力集中部位与Ⅳ型裂纹的发生位置相一致。     

基于ABAQUS的镁/钢异种金属激光焊接的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对镁/钢异种金属激光焊进行数值模拟,研究焊接过程中温度场及应力场的分布规律,对比分析模拟结果与试验结果并进行验证,从热传递角度分析添加镍箔中间层对镁钢搭接激光焊的影响,对其进行温度场和应力场模拟.结果表明:模拟结果与镁钢激光焊的试验结果较为吻合,镍中间层减缓了钢侧向镁侧的热传递,使镁侧温度梯度减小;应力场模拟结果表明钢侧与焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,垂直于焊缝方向,钢侧与镁侧焊缝及热影响区域的残余应力以拉应力为主;在远离焊缝区域逐渐从拉应力转变为压应力,镁侧的应力转变趋势比钢侧较为缓和;在添加镍箔后,镁侧焊缝整体残余应力集中情况明显改善,应力过渡趋势减缓.     

摩擦搅拌焊接过程残余应力的中子衍射法测量分析

利用中子衍射法测量了2024-T4铝合金板摩擦搅拌焊接头残余应力分布,得到了接头内部不同位置处的残余应力,研究了焊接速度对残余应力的影响。结果表明,纵向残余应力总体水平比横向残余应力高,是接头内的主要残余应力;当搅拌头转速相同时,提高焊接速度,纵向残余应力增大;横向残余应力除了在匙孔附近较大外,在其余位置处的残余应力都围绕0轴在拉应力与压应力之间波动,整体残余应力水平相对纵向残余应力小很多。     

镍基合金扩散焊研究进展

随着对镍基合金研究的不断加深,镍基合金材料的超塑性被相继发现,超塑成形与扩散连接的组合工艺得到了极大的发展和推广应用,所以镍基合金扩散焊的重要性及应用范围得到了极大提升。文中简要阐述了镍基高温合金扩散焊方式,并重点阐述了镍基高温合金扩散焊研究现状。目前镍基合金扩散焊的主要研究包括：扩散焊的工艺流程与参数研究、镍基合金扩散焊的焊材研究及镍基合金扩散焊中间层研究三个方面,扩散焊焊接接头易发生过早的脆性断裂,这主要与焊接过程中接头处成分不均匀有关;预处理、焊接温度、保温时间及焊接压力等工艺参数对接头性能有重要影响;有关镍基合金扩散焊中间层的研究处于不断深入的阶段。关于如何提高镍基合金扩散焊接头的各项性能,仍需进一步深入研究。     

A-95陶瓷/4J33可伐合金钎焊接头应力场的数值模拟分析

利用有限元法和弹塑性理论对A-95陶瓷/4J33可伐合金钎焊接头残余应力场进行数值模拟分析,结合Ansys15.0软件,对焊接接头及其附近的残余轴向应力的大小及分布状态进行分析,并得出沿着路径分布的轴向应力变化情况。结果表明,陶瓷一侧(靠近陶瓷外部边缘处)的狭小区域是钎焊接头的薄弱区域,裂纹在此萌生,从而导致工件失效。     

液-固扩散焊复合连接Ti(C,N)与40Cr的界面行为与接头强度

通过预置Ti/Cu非对称中间层对Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢进行了液-固扩散焊复合连接试验,重点研究了界面组织、接头强度及其影响因素.结果表明,通过预置Ti/Cu非对称中间层液-固扩散焊,能够分别实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔,以及铜箔与40Cr钢之间的冶金结合;Ti(C,N)基金属陶瓷界面物相呈梯度分布,形成Ti(C,N)基金属陶瓷/TiAl₂/Ti₂Cu/TiCu/铜箔结构;Ti(C,N)基金属陶瓷一侧靠近界面区域存在较大的焊接残余拉应力,以及脆弱的TiAl₂金属间化合物层,是制约焊接接头强度的关键因素;单纯以铜箔为中间层,采用常规固相扩散焊连接Ti(C,N)基金属陶瓷,即使在加热温度1223 K、压力20 MPa条件下,也难以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔的有效连接.     

Q345/316L异种钢焊接残余应力与变形数值模拟

文中基于SYSWELD有限元分析软件对Q345/316L异种钢焊接过程的瞬态温度分布、残余应力及变形进行了数值模拟,并通过试验对其模拟结果进行了验证. 试验测量结果与数值模拟结果吻合良好,证明了利用SYSWELD模拟异种钢焊接的可靠性. 结果表明,异种钢焊接温度场呈不对称分布,Q345侧的高温区域范围更大. 不论是横向残余应力还是纵向残余应力,沿焊缝方向均呈帽状分布且在焊缝中部位置存在最大残余应力;在垂直于焊缝中央截面上,纵向残余应力与横向残余应力在焊缝和焊缝附近区域分布是不连续的,存在较大的应力梯度且应力状态也较复杂,而最大残余应力出现在Q345侧的熔合线处. 不同的热输入下模拟结果表明,在保证焊接接头质量的前提下,最好采用小热输入的焊接工艺.     

异种材料淬火过程的有限元模拟

钛合金扩散焊接轴承钢材料由于含有钒、铜、镍中间层,在淬火过程中容易从多层材料界面处开裂.因此利用纳米显微力学探针测量了材料的弹性模量,然后采用ANSYS有限元软件对淬火中钛合金焊接轴承钢材料进行了有限元(FEM)模拟,根据得到的温度场以及应力场分布,找出了容易诱发界面处产生裂纹的原因.模拟表明淬火初期由于整体材料发生收缩而引起整体热应力的增加,淬火后期由于轴承钢发生马氏体相变,轴承钢体积开始膨胀,组织应力相应增加,抵消了一部分热应力的值,最终部件的残余应力是这两种应力共同作用的结果.高的淬火温度,增加了淬火过程中试件内部的应力值,容易引起过渡层处产生微裂纹从而导致局部开裂,因此,合适的淬火温度应取在830～860℃范围内且尽可能取偏其下限.     

Ti(C,N)基金属陶瓷/40Cr钢钎焊接头减应措施

选用Cu,Nb,Mo箔中间层,在特定的焊接参数条件下对Ti(C,N)基金属陶瓷/40Cr钢接头进行了钎焊试验,分析比较了中间层与钎料的不同匹配对抑制裂纹形核及扩展的影响.结果表明,中间层Cu能有效释放接头残余应力,防止接头产生裂纹;中间层Nb易溶解并聚集成带状,并在该带状组织与钎缝界面萌生裂纹;中间层Mo的减应效果较差.影响Ti(C,N)基金属陶瓷/40Cr钢钎焊接头残余应力的因素很多,应综合考虑各因素才能达到有效降低接头应力的目的.     

高热负荷对钨铜材料工作应力分布影响的研究

采用高热负荷实验并结合有限元计算考察和分析了热流密度对钨铜合金工作应力分布的影响。结果表明：钨铜材料作为过渡层可以降低工作应力,当热流密度为1 MW/m2时,在钨板与铜块间焊接W60Cu合金作为过渡层,可使最大应力值比没有过渡层降低36%左右;工作时最大应力出现在两侧焊接层附近,并随热流密度增大而增大;钨铜合金（W60Cu）作为过渡层的试样在两焊缝处的应力,上部焊缝应力较大,下部焊缝应力较小。