锌夹层添加对镁-铝异种金属搅拌摩擦点焊接头组织与性能的影响

对于镁-铝异种金属的搅拌摩擦点焊(Friction stir spot weld,FSSW),镁-铝界面处连续分布的脆性Mg-Al金属间化合物是影响其强度的关键因素。针对AZ31镁合金和2024铝合金薄板的FSSW,采用0.1 mm厚纯锌箔作为预置夹层,分析锌夹层添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果表明,无夹层时,接头中仅在钩状区中的镁-铝界面处生成了厚度约为5μm的连续金属间化合物层,其余部分以机械结合为主,接头拉剪载荷仅为0.8 k N。锌夹层添加后,降低了钩状区中靠近匙孔一侧的过渡层厚度(约2μm),并使钩状区外侧界面处生成了新型Al-Zn、Zn-Mg化合物组织,起到了阻碍该区域Mg-Al金属间化合物生成的作用,达到了促进镁、铝之间冶金结合的效果。与无夹层相比,有夹层接头拉剪载荷提高了75%,达到1.4 k N。     

铜铝异种金属板压印连接与接头拉剪载荷研究

采用一种新的塑性成形连接方法--压印连接方法来实现铜、铝合金板的连接,通过拉剪实验研究了连接接头的力学性能,并分析了铜、铝合金板的排列顺序对接头拉剪载荷的影响。实验结果表明,对于铜、铝复合接头,铜板在上时接头具有较高的拉剪载荷(3kN),是铝板在上时拉剪载荷的4.6倍。根据接头失效形式对复合接头进行优化后发现：下层铝板的厚度增大时,接头的拉剪强度略有增大,拉剪过程中的能量吸收明显增大;提高下板材料强度时,接头的拉剪载荷明显增大;铜板作为上板进行压印连接时,失效形式为颈部断裂失效,且接头的拉剪强度较大。     

7050铝合金表面氧化膜厚度对其搅拌摩擦焊焊接接头性能的影响

采用阳极氧化法在7050铝合金表面制备了两种厚度的氧化铝薄膜,再用搅拌摩擦焊对铝合金进行焊接,研究了表面氧化膜厚度对焊接接头性能的影响。结果表明,氧化膜厚度对焊接接头性能的影响与焊接参数密切相关,当氧化膜厚度为12.μm,焊速为50 mm·min~(-1),搅拌针转速为600～800 r·min~(-1)时,接头的抗拉强度十分接近表面为自然状态接头的,而当氧化膜厚度为44μm时,接头焊缝氧化物含量增多,接头强度与自然状态接头的强度相比大幅降低;氧化膜提高了焊核区的硬度,膜厚度为44μm时焊核区硬度最高达265 HV,最低约180 HV。     

热输入对铝合金/不锈钢双丝冷金属过渡熔钎焊接头组织及性能的影响

采用双丝冷金属过渡(CMT)熔钎焊工艺对5083铝合金和304不锈钢进行对接焊试验,在保证焊缝成形良好的条件下,研究了焊接热输入对接头金属间化合物(IMC)层厚度和拉伸性能的影响,并与单丝CMT熔钎焊接头进行对比。结果表明：双丝和单丝CMT熔钎焊接头焊缝获得良好成形质量的热输入范围分别为213.8～486.0,379.6～590.6 J·mm^-1;双丝CMT和单丝CMT熔钎焊接头界面处的IMC均为FeAl₃相;随着热输入的增加,单丝或双丝CMT熔钎焊接头IMC层厚度增加,抗拉强度降低;单丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为9.59μm,此时接头的抗拉强度最大,为76 MPa,而双丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为3.36μm,此时接头的抗拉强度最大,为109 MPa。     

DP780高强度钢MAG焊搭接接头的组织和拉剪性能

利用扫描电镜、拉伸试验机等研究了不同热输入时DP780钢板熔化极活性气体(MAG)保护焊搭接接头的组织和拉剪强度,并对其拉剪断裂机理进行了讨论。结果表明:热输入在93～205J·mm-1范围内,接头的强度随着焊接热输入的增大而增大;焊接热输入较低时,接头上熔合区出现夹杂物聚集,减小了接头的有效承载面积,成为接头力学薄弱区;焊接热输入较高时,接头下板热影响区的马氏体分解,强度下降;接头熔合区和热影响区的断裂都属于韧性断裂。     

铜箔种类和厚度对钛/钢电阻点焊接头组织和性能的影响

以不同种类、不同厚度铜箔作为过渡层材料,对TC4钛合金和304不锈钢薄板进行电阻点焊,研究了铜箔种类和厚度对接头组织和性能的影响。结果表明:纯铜箔过渡层焊接接头的抗剪强度明显高于铜合金箔过渡层焊接接头的,且T4铜箔过渡层焊接接头的抗剪强度最高;随着T4铜箔厚度增大,接头反应区宽度减小,中间过渡区宽度增大,熔合区钛-铁金属间化合物减少,接头抗剪强度先增大后减小,在厚度为0.4 mm时达到最大。     

换热器的液压胀管研究（四）———胀接接头的拉脱力和压脱力

本文应用弹塑性理论,研究了轴向载荷对液压胀接接头残余接触压力分布的影响,提出了液压胀接管板的最佳开槽位置应根据轴向载荷的性质来确定的建议,导出了接头最大理论拉脱或压脱强度的表达式。分析表明,当管板厚度较大时,工程拉脱力的计算公式与理论值存在较大的误差,在胀接接头的管子受拉时,工程计算公式偏于冒验。     

铆速对SPR自冲铆接接头成形性能的影响

针对低碳钢340和铝合金6000的异种金属SPR自冲铆接接头,利用板材-铆钉-设备的设计思路,计算并选择合适的铆钉和铆接设备。采用五种不同的铆接速度进行该种接头的自冲铆接试验。观察各铆速下接头的截面成形形貌,并测得铆速增大时,接头底切量增大,底部厚度和剩余厚度均减小。通过测试接头的拉剪强度、脱落强度,发现两者均随铆速的增大而增大,且脱落强度增幅较小。接头失效形式主要为自锁失效和板材失效两种。铆速对接头成形性能的影响机理,主要由冲压载荷峰值变化和应变速率变化两方面组成。载荷峰值越大,接头成形性越好;应变速率越大,板材加工硬化程度越高且断裂应力越大。     

T型焊接接头的抗疲劳裂纹扩展设计研究

针对焊接机械结构中出现的焊接接头疲劳断裂现象,从裂纹扩展的角度分析结构参数对结构疲劳强度的影响情况,为进行焊接结构的抗疲劳设计提供依据。建立了含表面裂纹T型焊接接头的有限元模型,采用扩展有限元法计算外载荷作用下的裂纹尖端应力强度因子,探寻T型焊接接头的结构参数发生变化时,对相同载荷条件下表面裂纹应力强度因子的影响规律。采用研究结果指导T型焊接接头的设计,提高焊接机械结构的疲劳强度和可靠性,降低断裂事故的发生。     

铝合金大功率超声波焊接界面及接头性能研究

尽管大功率超声波焊接更适合异种金属的焊接,在汽车轻量化上应用的研究较少.研究6061-T6铝合金与纯铜、6061-T6铝合金与DC04钢大功率超声波焊接的界面及接头性能,主要包括界面的温升、中间相的生成以及接头的力学性能、拉伸断口形貌.结果表明,在钢/铝超声波焊接中,在焊接时间1s、压力1.98 kN和振幅27 μm时,界面生成厚度为1.70 μm、主要成分为FeAl3和Fe2Al5且连续分布的中间相;近一半的超声功率转化为界面能量;焊接区域面积明显大于焊头端面;界面发生了较大的塑性变形,存在明显的机械互锁;接头的最高强度为3.95 kN,拉伸破坏行为为界面式破坏,且断裂模式为韧性-脆性复合断裂.在铜/铝焊接中,在焊接时间0.54 s、压力1.45 kN和振幅25 μm时,界面生成厚度为1.95μm、主要成分为Al2Cu的中间相,获得的接头最高强度为3.20kN,其拉伸破坏行为为拉拔式破坏.研究了中间相厚度与接头强度的关系,适当的IMC厚度能促进连接.     

管板单面电阻点焊变形及接头力学性能分析

针对管板单面电阻点焊过程中接头变形对焊接质量影响较大的问题，通过电极位移曲线分析了管板单面点焊的变形过程以及工艺参数对接头变形和力学性能的影响，并利用伺服．焊枪的可变电极力特性，研究了变电极力对管板单面点焊焊接质量的影响。结果表明：随着电极压力和焊接能量的递增，变形量呈线性增大，而拉剪强度则先增后降；在焊接阶段或保持阶段减小电极压力，能够有效减小变形量，增加焊点拉剪强度，有助于提高单面点焊的焊接质量。     

铝合金与不锈钢热补偿电阻点焊接头性能研究

采用热补偿工艺垫片电阻点焊法对铝合金A5052与不锈钢SUS304异种材料进行了焊接。探讨了焊接参数对接头的抗剪与抗拉性能的影响,并通过电子显微镜对接合界面区进行了观察,分析了界面反应物形貌及厚度分布等微观特性。研究结果显示：一锯齿状反应层在接合界面生成,其厚度随焊接电流以及界面上位置的变化而变化,界面反应层对接头抗剪强度无影响,但能减弱接头抗拉强度。     

连接温度对CaO-Al2O3-MgO-SiO2-TiO2玻璃钎料连接SiC陶瓷接头微观结构和性能的影响

采用新型玻璃钎料CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂-TiO₂(CAMST)连接无压烧结SiC陶瓷,研究了连接温度(1 300～1 450℃)对SiC陶瓷接头微观结构和力学性能的影响。结果表明：CAMST玻璃钎料在1 350～1 450℃下可实现SiC陶瓷的有效连接。当连接温度为1 350℃时,焊缝厚度约为36μm,母材与焊缝界面存在较多孔洞,接头剪切强度为(21.4±2.7) MPa;当连接温度为1 400℃时,焊缝厚度为3μm,母材与焊缝结合良好,接头剪切强度为(47.6±6.2) MPa;当连接温度升高至1 450℃时,焊缝厚度约为50μm,母材与焊缝结合良好,但焊缝中存在裂纹缺陷,接头剪切强度为(20.9±3.9) MPa。连接温度对焊缝硬度无明显影响。     

不同材料压印接头的拉剪性能和疲劳性能

采用分体式下模压印连接设备分别对SPCC钢和5052铝合金进行压印连接,然后对两种材料的压印接头进行拉剪试验,并在不同载荷水平下进行疲劳试验,研究了它们的拉剪性能和疲劳性能。结果表明:在拉剪载荷下,铝合金压印接头从上、下板接触挤压的颈部发生断裂,钢压印接头在上、下板接触挤压的颈部发生断裂的同时发生剥离失效,压印接头的拉剪强度主要与上板的颈部强度有关;不同材料压印接头的疲劳性能均良好,钢压印接头的宏观裂纹出现在接头的盲孔边缘,垂直于载荷方向延伸,断裂发生在板材的接头处,其在0.75倍最大破坏载荷下的疲劳寿命超过500万次;铝合金压印接头在每种载荷水平下的疲劳寿命均可达200万次。     

汽车钢板拉剪点焊接头疲劳寿命分析

讨论了恒幅及变幅载荷作用下,拉剪点焊接头的疲劳性能,并应用断裂力学对实验结果进行了分析和整理。对于母材断裂伸长率较大、载荷水平较低的试件,其疲劳寿命较好地符合疲劳损伤累积的线性理论。而伸长率小、载荷水平高的试件则表现出较明显的裂纹扩展特征。实验结果还表明,焊接时由于钢水挤出,在焊点附近形成的“散花”有利于提高疲劳寿命。     

焊接坡口对焊接接头安定性的影响研究

结合非线性叠加法和通用有限元软件ABAQUS研究了循环热-机械载荷下对焊接接头的安定性,并比较了UV形、双U形、X形、U形、单面焊及V形等6种焊接坡口形式对焊接接头安定性的影响。结果表明,选用U形坡口(焊接厚度20 mm≤t≤60 mm)及选用双U形坡口(焊接厚度t>60 mm)连接时焊接接头的安定域较大,在循环热-机械载荷下具有更好的承载能力。此研究对厚壁压力容器及管道对焊焊接接头的设计有一定指导意义。     

不等厚2219铝合金板回填式搅拌摩擦点焊接头组织及性能研究

针对航空航天技术需求,采用回填式搅拌摩擦点焊技术对不等厚(2mm+8mm)2219铝合金板进行了焊接。通过改变焊接工艺参数(旋转速度、焊接时间和下压量),分析了不同焊接参数对点焊接头宏、微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着旋转速度的增加,点焊接头拉剪力先增加,后降低;而延长焊接时间,可以提高接头拉剪力,但过长的时间会导致接头拉剪力降低;焊接下压量的选择,既要保证上下板的结合,又不能导致下板过度软化。当旋转速度为1 800r/min,焊接时间为6s,下压量为2.6mm时,所获点焊接头的拉剪力最大,为7 924N。回填式搅拌摩擦点焊接头有三种断裂型式:塞型断裂、剪切断裂和塞型-剪切混合型断裂。其中,发生塞型-剪切混合型断裂时,点焊接头的拉剪力较大。     

含裂纹强度失配焊接接头弹塑性变形分析

采用有限元方法对平面应变条件下含裂纹不同强度失配的平板拉伸焊接接头的弹塑性变形进行了分析,研究了焊缝与母材强度失配系数、焊缝硬化性能、裂纹长度等对接头塑性变形的影响。结果表明：强度失配系数对接头塑性变形有显著影响。低匹配时,变形首先集中在焊缝中,而高匹配则对焊缝起到了一定的保护作用。失配系数一定时,不同焊缝硬化性能接头的塑性变形发展趋势是一致的;但当外载较大时,局部塑性变形程度不同,焊缝的硬化性能降低,裂尖塑性变形增大。
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工艺参数对6061-T6铝合金真空扩散焊接接头形貌和性能的影响

在不同工艺参数下对化学清洗去除表面氧化膜的6061-T6铝合金进行真空扩散焊接,研究了焊接温度(500~560℃)、焊接压力(1.0~5.0MPa)和保温时间(0.5~3h)对焊接接头界面形貌和剪切强度的影响,得到了优化工艺参数。结果表明:随着焊接温度的升高、焊接压力的增大和保温时间的延长,接头焊缝变窄并最终消失,剪切强度和焊合率增大;但当保温时间延长到3h时,焊缝附近晶粒发生粗化,导致剪切强度降低,且接头发生较大变形;不同工艺参数下接头的剪切断裂形式均为脆性断裂;较优的真空扩散焊接工艺参数为焊接温度540℃、保温时间2h、焊接压力4.0MPa。     

焊接能量对Mg/Al超声波焊接接头微观组织与力学性能的影响

在Mg/Al超声波焊接(USW)领域,现有研究侧重于接头的组织性能,但对焊接过程中的界面应力分布和成形机制报道较少。运用USW技术制备了Mg/Al异种金属搭接接头,通过FEA、OM、SEM、EDS、XRD及剪切试验等测试手段,研究不同焊接能量对接头的界面应力分布、界面峰值温度、界面连接状态、微观组织特点以及力学性能的影响规律。研究发现:焊接过程中Mg/Al界面应力分布较均匀,连接界面较平直,未出现明显的漩涡状塑性流动和机械咬合。随着焊接能量的增加,界面应力水平提高,峰值温度升高,界面冶金结合区域逐渐增大。以有限元仿真模拟为基础,系统地分析阐述界面成形机制,指导选择合适的热输入量,以期为Mg/Al超声波焊接在实际生产应用中提供必要的技术和数据支撑。当焊接能量为500 J时,界面处生成Al_(12)Mg_(17)金属间化合物(IMC),而且随着焊接能量的增加,IMC层增厚,导致接头剪切性能随着焊接能量的增加呈现出先增加后减小的趋势,厚度适中的IMC层对提高接头力学强度具有重要意义。