铝钢电磁脉冲焊接界面特性及金属粒子分布分析

为明确铝/钢电磁脉冲焊接过程金属粒子运动对界面连接性能的影响，基于金属粒子流形成机理，对界面形貌及抗剪强度进行分析.结果表明，金属粒子滞留界面造成铝局部熔化，钢粒子原位生成FeAl，形成未结合区；沿着焊接方向，分射流对铝板压入作用逐渐增大，形成冶金结合的界面，并伴有富铝金属间相，直缝区为FeAl+Fe₂Al₅，小波区为Fe₂Al₅+FeAl₃，大波区为FeAl+FeAl₃；铝钢焊接界面过渡区由塑变铝压入钢形成，铝侧焊缝的外边缘存在钢粒子，而钢侧焊缝存在熔融铝携带钢粒子，主要为FeAl+Fe₂Al₅+FeAl₃，且在焊缝内侧滞留了大量金属粒子，并以椭圆环的形式分布，在焊缝外侧，金属粒子滞落铝板表面造成凹坑，但在钢板表面为嵌入的片状铝；因此，在金属粒子滞留，并产生较多金属间化合物的位置成为剪切试验断裂源；通过波长公式调整搭接间隙，减少粒子滞留界面，椭圆焊缝断裂于铝材，提高了接头强度.     

X70高钢级管线钢焊接接头盐雾腐蚀机理

利用中性盐雾试验对X70高钢级管线钢焊接接头进行室温腐蚀,通过扫描电镜和能谱仪观察了X70管线钢焊接接头盐雾腐蚀前后表面微观形貌和化学元素的变化,并采用EDS对盐雾腐蚀后焊接接头表面进行了面扫描分析. 利用XRD讨论了其盐雾腐蚀前后表面物相,分析了X70管线钢焊接接头盐雾腐蚀后表面腐蚀膜的组成、作用和腐蚀机理. 结果表明,盐雾腐蚀后失效主要形式是点蚀和剥落腐蚀,活性Cl-离子破坏了试样表面的钝化膜,与Fe原子接触,是发生点蚀的主要原因;焊接过程中产生的残余拉应力成为腐蚀的应力源,使材料在腐蚀介质中发生应力腐蚀开裂,在与晶间腐蚀共同作用下发生剥落腐蚀;腐蚀膜达到一定厚度后覆盖在试样表面,阻隔试样与腐蚀介质的接触,有利于抑制腐蚀的持续进行.     

钢/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊界面行为

结合电磁成形技术和半固态钎焊技术,提出了一种钢/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊工艺,利用电磁脉冲产生的洛伦兹力使铝外管高速碰撞半固态钎料,通过半固态钎料中固相颗粒对母材表面径向压缩和轴向剪切作用去除母材表面氧化膜,实现钢铝异种管材的无钎剂钎焊. 在不同工艺参数下进行了钢/铝管磁脉冲半固态钎焊试验,研究了钎焊接头界面元素的扩散行为和金属间化合物的生长机理. 结果表明,焊缝组织主要为α-Al以及富锌相,铝侧界面处的Al₂O₃氧化膜破碎与去除情况良好,钢侧界面处有薄层FeAl₃金属间化合物形成,各部位均获得较好的冶金结合.     

送丝位置对铝/镀锌板CMT搭接接头组织与性能的影响

采用CMT搭接方法研究不同送丝位置对6082铝合金/镀锌板搭接接头质量的影响. 使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析焊接接头的形貌,微观组织及元素分布;通过拉伸试验检测接头的力学性能. 结果表明,1和2位置时,焊缝成形不饱满,锌层蒸发严重,界面处形成FeAl₂,FeAl及FeAl₃的金属间化合物,承载力达到6 kN;当3,4和5位置时送丝位置指向铝板,焊缝成形饱满,界面处形成Fe_6.6Al₃Zn_0.2和Fe₂Al₃Si_0.3,厚度约为2 μm,承载力达到7.5 kN,综上所述,CMT焊接铝合金/镀锌板时送丝位置应偏向铝板,可得到综合性能更好的焊接接头.     

几种铝钢异种金属熔钎焊工艺的对比与分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG焊、CMT及激光焊方法实现铝/镀锌钢板搭接焊,对焊缝界面微观组织、形貌及元素成分进行了观察分析,并测试了其力学性能.结果表明,三种焊接方法均可以实现铝/镀锌钢板异种金属的优质连接,获得成形良好的焊缝,搭接接头的抗拉剪强度均可以达到铝合金母材的80%以上,拉伸试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区.当母材热输入及工艺合适时,三种方法下搭接接头界面处均形成一主要成分为Fe₂Al₅和FeAl₃,平均厚度约为8 μm的金属间化合物,而且控制金属间化合物的生成是获得铝/钢焊接优质接头的关键.     

高速列车A7N01P-T4铝合金焊接接头腐蚀行为研究

选取高速列车用A7N01P-T4铝合金及其焊接接头进行中性盐雾实验,研究了其在实际应用中未去包铝层情况下的盐雾腐蚀失效行为。结果表明,盐雾腐蚀过程中焊缝腐蚀最严重,其次是热影响区,母材腐蚀最轻;腐蚀过程起源于包铝层的点蚀,随实验时间的延长腐蚀坑变密并扩大,甚至相互交错连结成片。A7N01-T4焊接接头的腐蚀产物主要有O,Al和C;比较带有包铝层的母材、焊缝区以及去除包铝层的母材三者的极化曲线,其自腐蚀电位负向依次增加,腐蚀电流密度依次增大,从极化曲线也可得出三者的耐腐蚀性能依次降低,包铝层对于铝合金基体以及焊接接头的热影响区起到了较好的防护作用。     

7A52铝合金-钢异种结构CMT熔钎焊接头组织及镀镍层的行为与影响

以ER4043铝硅焊丝为填充金属,研究了Q235钢螺柱与7A52铝合金板CMT焊接工艺,在焊接电流115~135 A,电弧电压14.5~16.5 V,焊接速度0.3 m/min条件下,焊接过程稳定,焊缝成形连续美观.结果表明,7A52铝合金侧熔合区界面为熔焊特征,铝母材发生熔合,熔合良好;钢螺柱侧熔合区为钎焊特征,界面存在反应层,由靠近钢螺柱的Fe₂Al₅层和靠近焊缝侧的FeAl₃层组成,整体反应层厚度由根趾向焊趾方向逐渐减小.焊趾部位出现富镍区,主要由Al₃Ni的共晶组织及少量Al₃Ni₂组成.与无镀镍层焊缝比较表明,镀镍层在焊接过程的行为降低了界面反应层厚度,且通过形成富镍区,降低了接头的脆性,使接头抗剪切强度提高了15%~19%,最高达到146.9 MPa,满足了高强铝合金螺柱焊接的质量要求.     

铝合金与钢的电阻铆焊

采用电阻铆焊方法对铝合金A6061与低碳钢Q235进行了焊接. 通过扫描电子显微镜对接头微观组织进行了观察,分析了接头界面区组织,研究了焊接电流对接头抗剪载荷的影响. 在铝/铆钉、铝/钢接合界面均观察到了反应层的形成,通过成分分析得知生成两界面的反应物分别是FeAl与FeAl₃;而钢板/铆钉界面接合较好. 焊接电流为21 kA时所得接头的抗剪载荷最大为3.85 kN. 结果表明,采用电阻铆焊方法焊接铝合金与钢是比较有效的.     

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl₃金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe₂Al₅金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.     

Inconel625等离子弧焊接头组织与接头性能研究

对4 mm镍基高温合金Inconel625薄板进行等离子弧焊实验,对比研究了3种不同焊接热输入下焊接接头各部分的微观组织、接头力学性能、断口形貌以及母材和焊缝的高温腐蚀行为。结果表明Inconel625等离子焊接接头组织是由母材的奥氏体等轴晶、焊缝融合线附近的胞状晶以及焊缝中心的树枝晶组成;在焊缝处有大量的碳化物和少量Laves相析出,使得焊接接头力学性能降低,韧性下降,焊缝成为接头薄弱环节;在焊接热输入为10.175 kJ/cm时接头力学性能最优,抗拉强度为765.3MPa,与母材的785.4MPa相当,延伸率为31.9%,相较于母材的42.8%有所下降,试样断裂方式为发生在焊缝处的韧性断裂;母材和焊缝金属在750℃下24 h熔盐腐蚀后腐蚀产物基本相同,主要为外层颗粒状NiO和Cr₂O₃以及NiCr₂O₄腐蚀层。     

铝合金/镀锌钢异种材料薄板的超声波点焊

为了实现铝合金和钢板的高效连接,对3003铝合金和镀锌钢板进行了超声波点焊. 研究了接头的显微组织特征、焊接参数对接头性能的影响以及焊缝区的温度变化过程. 结果表明,超声波焊接可以对3003铝合金与镀锌钢板进行有效连接;镀锌层被不规则挤出,铝合金与钢直接接触区形成了FeAl₃和Fe₂Al₅相;在一定范围内,随着焊接时间的增加,接头抗拉强度先增加后减小,其减小的原因是过长的焊接时间诱导显微组织演变;当焊接时间为240 ms,焊接压力为0.4 MPa时,获得接头的最大抗拉力为673.05 N;在文中试验条件下,焊接区最高温度达到390 ℃.     

铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能

采用数字化脉冲MIG焊机,以ER4043焊丝为填充材料.实现了6013-T4铝合金薄板与镀锌钢板的熔-钎焊接,研究了焊接热输入对接头组织和性能的影响,结果表明,在熔-钎焊接头熔化焊缝焊趾处存在主要由Zn-Al共晶体、富A1的α固溶体和Fe3Al组成的富Zn区:钎焊界面上的Fe-Al金属间化合物层厚度在1.05-4.50μm之间.且随焊接热输入的增加而增大.Fe-Al金属间化合物呈"锯齿"或"舌"状向焊缝内生长,主要为FeAl₂,Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃.随着焊接热输入的增大,熔-钎焊接头的抗拉强度先增大而后减小.在850 J/cm的热输入下达到229 MPa,拉伸后在铝合金焊接热影响区发生断裂,为塑韧性断裂;当焊接热输入较小时接头在钎焊界面断裂,属于脆性断裂.     

铝合金与低碳钢异种金属材料的激光-压轮焊接

为了解决传统焊接方法焊接铝合金与低碳钢异种金属的焊接接头性能低下的问题,对低碳钢(steel plate cold rolled commercial,SPCC)与铝合金(A5052-H34)异种金属进行了激光-压轮焊接试验,并确定了最佳的焊接工艺参数.利用激光显微镜、电子探针显微分析仪(EPMA)硬度测试仪、拉伸试验机测试了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明,在接合界面处金属间化合物由具有一定塑性的金属间化合物和完全脆性的金属间化合物组成;接合界面处的金属间化合物的带宽约为8~10μm,此时焊接接头的抗剪强度达到最大值(210 MPa);而具有一定塑性的金属间化合物带宽基本保持不变,约为1.8μm.     

酸性盐雾下2024铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为

在详细分析2024铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面微结构的基础上,采用酸性连续盐雾试验研究焊缝表面的腐蚀行为。组织分析表明,焊缝表层因受搅拌头轴肩水平挤压作用而呈现弧形条纹特征,并导致晶粒和第二相粒子得到显著细化;合金中的第二相粒子主要为棒状的Al₂CuMg（S相）和颗粒状的CuAl₂（θ相）。盐雾试验表明,搅拌摩擦焊焊缝区耐蚀性因包铝层遭到破坏而呈现下降趋势,腐蚀程度因焊缝表面残留的纯铝而呈现不均匀性。腐蚀首先从局部点蚀开始,最终演变为剥落腐蚀。     

酸性盐雾中7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为

    采用金相和透射电镜对包铝的7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织和微结构进行分析,采用酸性连续盐雾试验对焊缝表面的腐蚀行为进行研究,并观察焊缝宏观和微观腐蚀形貌.结果表明：焊缝表面的晶粒和第二相粒子得到明显细化;搅拌摩擦焊焊缝区耐蚀性比包铝的母材低,且存在一定程度的不均匀腐蚀.腐蚀首先从局部点蚀和晶间腐蚀开始,最终演变为剥落腐蚀.     

AlCoCrFeNi2.1高熵合金电子束焊接接头耐蚀性

为明确高熵合金焊接接头耐腐蚀行为,采用电子束方法对共晶双相AlCoCrFeNi_2.1高熵合金进行焊接,并运用电化学腐蚀方法研究了接头耐蚀性.结果表明,焊缝区域(FZ)自腐蚀电位相比母材(BM)提高0.16 V左右,耐蚀性增强,自腐蚀电流减小了一个数量级,腐蚀速率明显降低.焊接接头母材区域腐蚀坑呈纵深扩展趋势,而焊缝区域腐蚀坑呈横向扩展,并表现出明显的相选择性腐蚀现象.焊缝区域的晶粒细化显著,硬度升高,两相分布呈现密集的“网络”状,元素分布更加均匀,大角度晶界增加,这都增强了焊接接头的耐点蚀穿孔的能力.     

表面毛化不锈钢与纯铝的真空扩散连接

采用冷金属过渡技术(CMT)对不锈钢表面进行毛化,在其表面制备高度为3 mm、分布密度为9个/cm2的毛刺,毛刺中心横向及纵向间距均为3 mm. 研究其与纯铝进行真空扩散连接接头的界面组织和性能,分析不同保温时间对接头组织和性能的变化规律. 结果表明,在扩散连接温度为600 ℃,保温时间为60 min,压力为3 MPa的工艺条件下,表面毛刺刺入铝母材内部,使得表面氧化膜有效去除,接头形成连续的Fe₂Al₅+FeAl₃界面反应层,相比不锈钢与纯铝的直接真空扩散连接,接头拉剪强度显著提高. 此外,在扩散连接温度一定时,随保温时间的增加,反应层厚度增加,接头拉剪强度呈现先增大后减小的变化趋势.     

焊接热输入对铝/镀锌钢CMT熔-钎焊接头组织与性能的影响

采用ER4043焊丝对5052铝/Q235镀锌钢进行CMT熔-钎焊,研究焊接热输入对接头组织及性能的影响.结果表明,焊缝熔宽、热影响区粗化程度、界面层硬度及厚度均随热输入的增加而增大,过热组织粗化导致拉伸试样在铝母材热影响区断裂.熔焊区组织主要为垂直于基底向焊缝中心生长的α-Al树枝晶及Al-Si共晶组织,钎焊区界面层厚度在2.55~6.86μm之间,铝侧界面主要为FeAl₃金属间化合物,呈凹凸不平锯齿状;钢侧界面平滑,主要为Fe₂Al₅(热输入较低时)或FeAl₂,FeAl(热输入较高时).