铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的钎焊性

采用氩气保护炉中钎焊和真空钎焊两种试验方法,对SiCp/101Al复合材料的钎焊性进行研究。结果表明,通过选择合理的钎料和钎剂及采用正确的钎焊工艺参数,可以实现对SiCp/101Al复合材料的钎焊连接。对获得接头进行力学性能测试,表明钎焊接头的剪切强度随钎焊温度的升高而升高,当达到一定值以后,又随着钎焊温度的升高而降低。对接头钎缝区的XRD相结构分析中发现,接头中含有Al-Cu、Al-Si共晶组织相,并且有SiC相存在,说明母材中有部分SiC增强相颗粒过渡到了钎缝之中,有利于提高钎缝接头的力学性能。从钎焊接头的断口扫描照片中可以看出,接头大部分都呈韧性断裂特征,且大多数接头都断裂于靠近钎缝的母材部位,说明钎焊接头的质量较高,钎焊工艺可行。     

连接SiCp/6063Al复合材料的Al-Si-Cu-Ce-Ti箔状钎料制备及其性能研究

采用快凝甩带技术制备了6组不同Ti含量的(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-xTi急冷箔状钎料,并对SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊,然后对钎料及接头的显微组织和性能进行分析。结果表明,急冷箔较常规铸态钎料的组织细小、均匀;固、液相线降低,熔化区间变窄;随着Ti含量的增加,急冷箔中片状Al-Si-Ti金属间化合物相增多,导致钎料脆性增加;6组钎料在复合材料上润湿性较差,但在6063Al合金上润湿性良好。在580℃钎焊温度、保温30min条件下,采用1%Ti含量急冷箔状钎料成功连接了SiCp/6063Al复合材料,钎焊接头组织致密、完整,急冷箔状钎料与6063Al合金基体连接界面可进行充分的冶金结合,且接头剪切强度达到104.9 MPa;钎焊前采用夹具增加接头压力可显著提高接头的连接质量。     

Sn3.0Ag0.5Cu3.0Bi钎料对化学镀镍SiCp/6063Al复合材料真空钎焊接头组织和性能的影响

采用Sn3.0Ag0.5Cu3.0Bi软钎料对镀镍后的两种不同体积比SiC_p/6063Al复合材料进行真空钎焊。通过SEM、剪切试验等方法分析了化学镀镍后SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头的显微组织以及保温时间对接头性能的影响。结果表明:两种不同体积比SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊后的焊缝组织致密,钎料对镀镍复合材料的润湿性良好;在270℃、保温35min的钎焊工艺下,钎焊接头的剪切强度最大值为38.3 MPa;钎料中的Sn、Cu元素能够与复合材料表面的Ni层发生化学反应,实现钎料与母材的冶金结合;镀镍后SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头断裂形式为韧性断裂为主的混合断裂,断裂主要发生在钎料内部,部分发生在镀镍层与钎料的结合处。     

Ni-Cr-P焊膏钎焊C/C复合材料的组织和性能

用真空熔炼、惰性气体雾化法制备Ni-Cr-P金属粉末,再加入有机黏结剂高速搅拌,制备Ni14Cr10P膏状活性钎料。用制备好的焊膏真空钎焊C/C复合材料,测试钎焊接头的剪切强度,通过OM,SEM,EDS,XRD等对钎焊接头界面组织结构进行分析。结果表明:在钎焊温度1000℃、保温时间0.5 h条件下,获得的接头剪切强度达到28.6 MPa,然后随着钎焊温度上升或保温时间延长,钎焊接头强度下降;通过界面组织结构分析发现焊膏可以增加钎料层与C/C复合材料表面的接触面积,有利于堵塞C/C复合材料表面的孔隙。焊后在界面处形成了交错分布的Cr碳化物相缓冲层,使得界面呈现热膨胀系数梯度增加的结构,有助于缓解热失配,提高C/C复合材料钎焊接头强度。     

铝/钢异种材料钎焊研究现状与发展趋势

"低碳环保,节能减排"已经成为国家实现可持续发展的重要环节,而如何实现汽车轻量化、减少温室气体的排放则成为汽车行业的前沿课题。采用高强度铝合金材料部分代替结构钢,是减轻汽车质量的一种有效途径,而铝合金与钢之间焊接接头的质量是衡量铝/钢结构可靠性的重要指标。实现铝合金与钢之间可靠连接的主要难点是两种材料的物理化学性能差异很大,常温下两者几乎不互溶,且容易发生反应生成Fe-Al脆性金属间化合物,严重影响铝/钢焊接接头的质量。而铝合金与钢的钎焊可通过调节钎料成分或改变焊接工艺等方法来控制接头脆性金属间化合物的形成,近年来受到了国内外学者的广泛关注并取得了突破性进展。目前,铝/钢钎焊的研究主要集中在钎焊材料改性和钎焊工艺优化两个方面。钎剂的改性就是向Nocolok钎剂中加入活性剂,增强钎剂对铝合金和不锈钢两种材料表面氧化膜的同时去除作用,改善钎料在母材上的润湿性;钎料的改性主要是通过微合金化的方法向钎料中添加微量的合金元素,通过改变钎料的化学成分来改善钎料基体的组织和性能,近年来取得了大量的研究成果并在工业生产中得到广泛应用,如添加Cu、Ag等元素均可以显著改善钎料的力学性能和可靠性。在钎焊工艺方面,钎焊温度和保温时间直接影响钎料的填缝和钎料与母材的相互作用,并决定钎焊接头的质量。除此之外,在不锈钢表面预镀一层中间相也是相关学者研究的重点课题,镀层金属可以限制Fe原子与钎料中Al原子的相互扩散,降低界面脆性金属间化合物层的厚度,从而提高钎焊接头的力学性能。本文综合评述了铝与钢异种材料钎焊的研究进展。首先介绍了铝合金与钢常用的几种钎焊方法,以及每种钎焊方法各自的特点和应用范围;然后综述了钎焊材料的改性及钎焊工艺的优化对铝/钢钎焊接头性能的影响,并对其作用机理进行了分析;最后整理了目前铝/钢异种金属钎焊存在的问题及相应的解决措施,并对其未来的研究和发展趋势进行了展望,以期为铝/钢连接技术的发展以及最终在汽车行业的广泛应用提供有益的参考。     

高体积比SiCp/6063Al复合材料的铝基钎料制备及钎焊工艺研究

采用快速甩带技术制备了(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-1Ti(质量分数/％)急冷箔状钎料,并对60％体积分数的SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊实验,然后对钎料及接头的显微组织与性能进行测定和分析.结果表明,急冷钎料的微观组织细小、成分均匀,厚80～90μm,主要包含Al、CuAl2、Si和Al2Ti等相.当升高钎焊温度(T/℃)或延长保温时间(t/min),SiCp/钎料界面的润湿性改善,6063Al基体/钎料间互扩散和溶解作用增强,接头连接质量逐渐提高.当T=590℃、t=30 min时,接头抗剪强度达到112.6MPa;当T=590℃、t=50 min时,少量小尺寸SiCp因液态钎料排挤而分散于钎缝,因加工硬化而使接头强度递增7.3％.然而,当T≥595℃、t≥60 min时,SiCp偏聚于钎缝,导致接头组织恶化,且剪切断裂以脆性断裂为主.综合考虑钎焊成本与接头强度使用要求,确定最佳钎焊工艺为590℃、30 min.     

高体积比SiCp/6063Al复合材料的铝基钎料制备及钎焊工艺研究

采用快速甩带技术制备了(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-1Ti(质量分数/%)急冷箔状钎料,并对60%体积分数的SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊实验,然后对钎料及接头的显微组织与性能进行测定和分析。结果表明,急冷钎料的微观组织细小、成分均匀,厚80~90μm,主要包含Al、CuAl2、Si和Al2Ti等相。当升高钎焊温度(T/℃)或延长保温时间(t/min),SiCp/钎料界面的润湿性改善,6063Al基体/钎料间互扩散和溶解作用增强,接头连接质量逐渐提高。当T=590℃、t=30min时,接头抗剪强度达到112.6 MPa;当T=590℃、t=50min时,少量小尺寸SiCp因液态钎料排挤而分散于钎缝,因加工硬化而使接头强度递增7.3%。然而,当T≥595℃、t≥60min时,SiCp偏聚于钎缝,导致接头组织恶化,且剪切断裂以脆性断裂为主。综合考虑钎焊成本与接头强度使用要求,确定最佳钎焊工艺为590℃、30min。     

钛合金与铝合金异种金属钎焊的研究进展

钛合金在经济性和加工性方面不理想,导致其在实际工程应用中受限,而铝合金在某种程度上可以弥补这种缺陷,因此将钛合金和铝合金复合使用的构想应运而生。对钛合金和铝合金异种金属的可焊性进行了分析,以钛合金和铝合金钎焊为研究对象,重点论述了钛合金与铝合金钎焊连接所用的钎料及工艺等的国内外研究现状,并着重分析了Al基和Zn基钎料的润湿性、界面、钎缝组织及其优缺点。由相关文献分析可知,Al基钎料在真空、保护气氛或非真空外加辅助措施条件下对钛合金和铝合金都有良好的润湿性,但接头强度仍有待提高,金属间化合物较厚的问题需要通过优化钎料成分和焊接工艺进一步改善;Zn基钎料对钛合金的润湿性较差,但在适当的焊接工艺下可以获得力学性能较好的Ti/Al接头,剪切强度可达141MPa;使用Sn基和Cu基钎料获得的Ti/Al接头的力学性能低于Al基和Zn基钎料,且Sn基的钎料对两种母材的润湿性都较差,需要对母材表面进行预处理。     

层状结构TiAl合金钎焊组织及性能

目的揭示层状结构Ti Al合金薄板采用钎料Ti-Zr-Cu-Ni时,在钎焊过程中的扩散行为,以及钎焊后的组织和力学性能。方法对焊缝及周边区域进行电子扫描(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD),明确钎焊过程中的扩散行为以及钎焊接头组织;对钎焊后的层状Ti Al合金进行剪切试验和纳米压痕试验,评价焊缝的力学性能。结果采用Ti-Zr-Cu-Ni钎箔钎焊Ti Al合金板材,Al元素为主要扩散元素,从母材向焊缝进行扩散,在Ti Al合金与钎料界面处生成Ti_3Al金属化合物,在焊缝处生成(Ti,Zr)_2(Cu,Ni)(s,s),Ti_2(Cu,Ni)(s,s),(Ti,Zr)_2Ni(s,s)和α-Ti。焊后接头的剪切强度为252 MPa,裂纹在母材处生成,穿过焊缝扩展到另一侧母材区域发生断裂,焊缝区硬度值高于母材,为12.8 GPa。结论选用Ti-Zr-Cu-Ni钎料在930℃下进行钎焊,能够获得质量良好的接头。     

工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响

目的研究工艺参数对Al-Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接接头力学性能的影响。方法采用搅拌摩擦焊-钎焊方法,在不同焊接工艺参数下焊接2A12-T4铝合金和AZ31镁合金。结果当焊接速度为23.5mm/min、旋转速度为375 r/min时,焊接接头的抗拉剪力达到最大,为5.5 kN,比搅拌摩擦焊接头的最大抗拉剪力的5.0 kN提高了10%。结论搅拌摩擦焊-钎焊复合焊接的工艺参数会显著影响铝/镁异种金属接头力学性能,通过优化工艺参数能够获得力学性能优异的铝/镁异种金属焊接接头。复合焊接接头的抗拉剪力随着焊接速度的增大呈现先增大后减小的趋势。     

Effects of Al–8.5Si–25Cu–xY filler metal foils on vacuum brazing of SiCp/Al composites

Rapidly solidified Al–8.5Si–25Cu–xY (wt-%, x?=?0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5) foils were used as filler metal to braze Al matrix composites with high SiC particle content (SiCp/Al-MMCs), and the filler presented fine microstructure and good wettability on the composites. The joint shear strength first increased, then decreased and a sound joint with a maximum shear strength of 135.32?MPa was achieved using Al–8.5Si–25Cu–0.3Y as the filler metal. After Y exceeded 0.3%, a needle-like intermetallic compound, Al3Y, was found in the brazing seam, resulting in a dramatic decline in the shear strength of the brazed joints. In this research, the Al–8.5Si–25Cu–0.3Y filler metal foil was found to be suitable for the brazing of SiCp/Al-MMCs with high SiC particle content.     

Investigation on TIG welding of SiCp-reinforced aluminum–matrix composite using mixed shielding gas and Al–Si filler

Using He–Ar mixed gas as shielding gas, the tungsten inert gas (TIG) welding of SiCp/6061 Al composites was investigated without and with Al–Si filler. Welded joint with filler were submitted to tensile tests. The microstructure and fracture morphology of the joint were examined. The results show that adding 50 vol.% helium in shielding gas improves the arc stability, and seams with high-quality appearance are obtained when the Al–Si filler is added. In addition, the interface reaction between SiC and matrix is greatly suppressed when using Al–Si filler. The microstructure of the welded joint displays non-uniformity with many SiC particles distributing in the weld center. The average tensile strength of weld joints with Al–Si filler is 70% above that of the matrix composites under annealed condition.     

搅拌摩擦钎焊及其在异种金属搭接焊与复合板制备中的应用

目的克服搅拌摩擦搭接焊(FSLW)焊道狭窄、界面钩型缺陷、匙孔及工具磨损的问题。方法开发了采用无针工具并预置钎料的搅拌摩擦钎焊(FSB)新工艺。综述了FSB要点、优点及主要应用场合。结果FSB利用母材向钎料中的快速溶解替代塑性变形,降低了通过塑性流动实现上下界面混合的苛求。FSB综合了FSW方法的机械去膜、钎焊方法的焊接面积宽大的优点,尤其是可利用双重机制——钎料的冶金作用(共晶反应)及旋转轴肩的力学作用实现界面去膜,并大幅拓宽单道焊合宽度至轴肩直径,故可在大气环境下利用摩擦实现宽幅高效焊接。结论 FSB可用于在大气环境下,实现Al/X与Cu/X异种金属大面积搭接焊、选区复合(比爆炸复合的优点)、复合板与复合管制备等。     

Interfacial characteristics of electron beam welding joints of SiCp/Al composites

Abstract

The electron beam welding of SiCp/101Al composites has been carried out. The influence of welding parameters on weldability and mechanical properties of the welded joints was discussed. The welding parameters were therefore optimised under the current experimental circumstance. Results show that only weak interfacial reaction between SiC particle and liquid aluminium occurred. Minute quantity brittle Al₄C₃ compounds and single phase Si were generated in the welded joint. The interfacial reaction between SiC particles and Al matrix could be greatly suppressed by adopting appropriate technique measures such as high welding speed and low heat input. The content of Al₄C₃ can be therefore greatly decreased in the welded joint. Moreover, modification welding and electron beam scanning could further improve the appearance of weld, and the welded joint with better quality could be obtained.     

中间层锌箔对铝-钛异种接头微观组织和力学性能的影响

本文旨在通过改善焊接工艺,提高铝-钛接头性能,扩大铝-钛复合件的应用范围.通过在铝-钛熔钎焊接工艺中添加锌箔,探讨了中间层锌箔对铝-钛接头微观组织和力学性能的影响.采用TIG焊机对铝/钛异种金属板材进行熔钎焊接实验,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、维氏硬度计和电子拉伸机对铝/钛接头的微观组织和机械性能进行分析.研究发...     

Comparative experimental study on the modification of microstructural and mechanical properties of friction stir welded and gas metal arc welded EN AW‐6061 O aluminum alloys by post‐weld heat treatment

In this paper, the effects of post‐weld heat treatment on modification of microstructures and mechanical properties of friction stir welded and gas metal arc welded AA6061‐O plates were compared with each other. Gas metal arc welding and friction stir welding were used as the applicable welding processes for AA6061‐O alloys. The applied post‐weld heat treatment consisted of solution heat treatment, followed by water quenching and finally artificial aging. The samples were classified as post‐weld heat treated and as‐welded joints. The microstructural evolution, tensile properties, hardness features and fracture surfaces of both as‐welded and post‐weld heat treated samples were reported. The results clearly showed that friction stir welding process demonstrated better and more consistent mechanical properties by comparison with the gas metal arc welding process. The weld region of as‐welded samples exhibited a higher hardness value of 80 HV0.1 compared to the base material. In addition, the feasibility of post‐weld heat treatment in order to enhance the mechanical properties and to obtain more homogeneous microstructure of 6061‐O aluminum alloys was evaluated.