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.     

2024铝合金与T2紫铜的搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

针对板厚均为3 mm的2024铝合金和T2紫铜异种金属进行了搅拌摩擦焊接。采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对接头组织和铝-铜界面进行观察分析,并进行了显微硬度和拉伸性能测试。结果表明,接头表面成形优异,无宏观缺陷,焊核区形成了明显的洋葱环结构,洋葱环由层片状铝和颗粒形式分布的铜组成;在铝-铜界面形成了一层厚度约0. 98μm的金属间化合物层。在转速为800 r/min、焊接速度为50 mm/min的焊接参数下得到了力学性能优异的接头,接头平均抗拉强度为158 MPa,强度与母材铜相当,平均断后伸长率为10%,为母材铝的87%,拉伸断裂于铜侧母材,断裂方式为韧性断裂。     

Q235钢与5052铝合金感应-静压焊接头界面微观组织和力学性能

为了有效实现车身上的钢/铝复合结构连接，提出了一种新型的焊接与连接技术?感应-静压焊(induction-pressure welding，IPW). 通过光学显微镜、电子扫描显微镜对钢/铝合金连接界面的组织形貌进行观察，通过X射线色散能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计测试了钢/铝连接界面的化学成分、金属间化合物种类以及显微硬度. 结果表明，采用感应-静压焊工艺可以实现Q235钢与5052铝合金的有效连接. 接头界面上1、2号试样的金属间化合物平均厚度分别为115，85 μm. 接头界面的微观组织形貌呈锯齿状，并且组织向钢侧生长. 接头界面组织的硬度明显高于两侧钢铝基体组织的硬度，1，2号试样接头的抗拉强度分别为49，158 MPa. 同时，在整个感应-静压焊工艺过程中，随着加热温度的降低，金属间化合物厚度呈线性减少. 此外，还发现铝原子的扩散能力显著高于铁原子. 故而，在钢/铝感应-静压焊接头界面生成了富铝的金属间化合物Fe₂Al₅和FeAl₂.     

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.     

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.     

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。     

Si,Mg对铝/钢熔钎焊焊接接头力学性能的影响

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法,分别采用4043,5356铝合金焊丝对5052铝合金/镀锌钢异种金属进行了搭接焊.通过扫描电镜（SEM）,能谱仪（EDS）,X射线衍射仪（XRD）对铝/钢连接界面、接头断裂行为及断口形貌进行了分析,发现5356铝合金焊丝焊接接头的润湿角要大于4043铝合金焊丝焊接接头的润湿角,合金元素Si既可改变界面反应层金属间化合物的形态同时还可显著减少Fe₂Al₅层的厚度.拉伸试验发现5356铝合金焊丝焊接所得接头主要断裂于界面反应层,属于脆性断裂;4043铝合金焊丝焊接所得接头主要断裂于熔合区,是以韧性断裂为主的混合断裂.通过对4043铝合金焊丝焊接所得接头进行显微硬度测试,发现热影响区组织的显微硬度明显低于其它区域的显微硬度,这导致4043铝合金焊丝焊接接头主要断裂于熔合区.     

铝/钢异种材料搅拌摩擦焊接研究现状及发展

铝/钢异种材料复合能同时发挥铝合金和钢的优点,铝/钢复合是实现"轻量化"的有效手段。归纳了铝/钢异种材料搅拌摩擦焊接的研究进展,综述了铝/钢异种金属搅拌摩擦焊的国内外研究现状。在对铝/钢接头内金属间化合物形成机理及控制方法,搅拌摩擦焊接过程中原子的扩散行为以及对于原子扩散的影响等方面的研究进行了论述,并对未来的研究方向进行了展望。     

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。     

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。     

Composite Aluminum-Copper Sheet Material by Friction Stir Welding and Cold Rolling

An aluminum alloy and a pure copper material were butt-joined by friction stir welding and subsequently cold rolled. The cold-rolling operation proved to be very advantageous because small voids present after friction stir welding were closed, the interface area per material thickness was enlarged, a thin intermetallic layer was partitioned, and the joint was strengthened by strain hardening. Tensile test specimens fractured in the heat-affected zone in the aluminum material; tensile strengths of the joints exceeded the tensile strengths of the base materials and were as high as 335 MPa. During soft annealing of the composite material, a 6-8-μm-thick intermetallic layer was grown at the interface. Nevertheless, tensile fracture still occurred in the heat-affected zone of the aluminum material. Electrical resistivity of the joint was smaller than resistivity of the aluminum material. Production of such composite material would result in coiled sheet material that could be subjected to further treatments such as electroplating and forming operations in an efficient and economically viable manner. The new composite material is promising for emerging automotive and industrial electrical applications.     

基于焊缝高熵化的TA2与0Cr18Ni9板材TIG焊分析

针对钛/钢焊接难,焊缝易产生金属间化合物导致接头力学性能不良等问题,依据焊缝金属高熵化技术思路,通过基于密度泛函理论的热力学第一性原理设计并制备出塑韧性良好的多主元Ti₁₀Fe₂₉Ni₃₂Cu₂₂V₇合金作为焊材,用于TA2/0Cr18Ni9薄板的TIG焊接. 结果表明,使用Ti₁₀Fe₂₉Ni₃₂Cu₂₂V₇焊材熔焊钛/钢,所得焊接接头形貌完整,无明显焊接缺陷,焊缝金属与母材结合性良好. 焊缝中心组织则由等轴晶组成,熔合区组织以柱状晶为特征,这些晶体均具有简单立方固溶体结构,有效避免了TiFe₂,TiFe金属间化合物的形成,接头抗拉强度达到205 MPa.     

铝合金/碳钢激光-TIG复合热源熔钎焊工艺与接头显微结构分析

文中提出了一种激光-TIG复合热源熔钎焊新方法,实现了铝合金与碳钢的对接熔钎焊,并研究了焊接工艺对接头特性的影响.采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和电子材料试验机对接头显微结构与力学性能进行研究.结果表明,接头最大抗拉强度为83.6 MPa,断裂发生在钢/焊缝界面,断裂形式为脆性断裂.钢/焊缝界面不同位置处界面层厚度不同,在3~12 μm之间.界面层由两部分组成,即靠近钢一侧为η-Fe₂Al₅,靠近焊缝一侧为τ₅-Al_7.2Fe₂Si;远离界面层的焊缝区主要由α-Al基体和Al-Si共晶相组成.     

预镀层不锈钢/铝异种金属高频感应钎焊接头界面及力学性能分析

文中通过热浸镀一层纯铝到不锈钢表面,再对0Cr18Ni9不锈钢和LF21铝合金采用高频感应钎焊.当热浸镀时间从10 s增加到50 s时,镀层厚度从7 μm增加到20 μm,反应层由FeAl₃向Fe₂Al₅发生转变.在热浸镀温度为750℃,浸镀时间为10 s时,镀层成型最好,高频感应电流为270 A,加热时间30 s时,抗拉强度达到167.12 MPa,比不浸镀的接头强度高63.8%.主要是因为镀层限制钢中的Fe原子和Al-Si钎料中的Al,Si原子的相互扩散,在热浸镀不锈钢与铝合金反应中使Fe₂Al₅转化为Fe（Al,Si）₂固溶体而未形成5-Al₈Fe₂Si化合物,降低了界面上硬脆化合物的含量,力学性能随之提高.     

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。     

焊丝成分对铝/铜激光熔钎焊接头组织和性能的影响

通过添加Zn-Al焊丝成功实现了2A16铝合金/T2铜异种材料的激光熔钎焊连接,并采用扫描电子显微镜和能谱仪对接头的微观组织进行表征,同时,研究了Zn-2％Al,Zn-5％Al和Zn-10％Al?3种焊丝对接头成形、微观组织以及力学性能的影响.结果表明,铝/铜激光熔钎焊接头主要由CuZn相,Al2Cu相,Al4Cu9相...     

Analysis of process parameters effects on dissimilar friction stir welding of AA1100 and A441 AISI steel

Abstract

A prominent benefit of friction stir welding process is to join plates with dissimilar material. In this study, an attempt is made to find effects of tool offset, plunge depth, welding traverse speed and tool rotational speed on tensile strength, microhardness and material flow in dissimilar friction stir welding of AA1100 aluminium alloy and A441 AISI steel plates. Here, one factor at a time experimental design was utilised for conducting the experiments. Results indicated the strongest joint obtained at 1·3?mm tool offset and 0·2?mm plunge depth when the tool rotational speed and linear speed were 800?rev min^??1 and 63?mm min^??1 respectively. The maximum tensile strength of welded joints with mentioned optimal parameters was 90% aluminium base metal. Fracture locations in tensile test at all samples were in aluminium sides. Owing to the formation of intermetallic compounds at high tool rotational speed, the microhardness of joint interface goes beyond that of A441 AISI steel.     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

搅拌摩擦焊搭接接头的研究现状与展望

搅拌摩擦焊由于其固相连接的特点,在进行铝合金的搭接焊接时,原始搭接界面会随着金属流动而形成迁移界面,从而对焊缝性能造成影响。在此通过对现有文献中搅拌摩擦焊搭接接头的研究内容进行分析,对搅拌摩擦焊搭接接头性能的影响因素及其影响原因进行了综述,并在此基础上展望了搅拌摩擦焊搭接焊的研究方向。