热电耦合对铝/钢连续驱动摩擦焊接头组织的影响机理

采用连续驱动摩擦焊技术焊接纯铝1060/Q235低碳钢异质接头,开展两个周期(30天/60天)热电耦合实验(静载392 N+高温300 ℃+直流60 A),研究热电耦合对铝/钢异质接头焊缝微观组织、力学性能及界面生长的影响。结果表明：原始态接头界面径向金属间化合物(IMCs)层厚度不均匀,中心区域无明显IMCs生成。热电耦合30天后界面中心生成宽度为0.3~0.5 μm且以颗粒状由钢侧向铝侧弥散分布的IMCs层,整体拉伸断裂在铝母材的热力影响区。热电耦合60天后IMCs层与钢侧之间出现腐蚀沟槽,IMCs破碎,钢侧无裂纹产生,铝侧形成大量由IMCs层向铝母材内部扩展的裂纹和孔洞,焊缝及裂纹尖端处成分偏析,整体拉伸断裂在焊缝处。界面腐蚀和失效速率与界面IMCs层的厚度成正比,即v_center＜v_1/2R＜v_2/3R。由于原始态接头界面组织不均匀以及热电耦合实验过程中界面不同位置组织生长速率的差异,使得热电耦合后接头界面2/3R位置出现不同断裂形貌的分界线,2/3R内侧以准解理断裂方式为主,2/3R外侧为韧窝断裂和准解理断裂的综合结果。     

钛-铝异种合金电子束焊接接头组织与性能研究

采用电子束焊接方法对厚度为2.5 mm的Ti6321钛合金板材和5083铝合金板材进行了对接焊接试验,并进行了力学性能、显微组织测试。结果表明,焊缝的钛侧及其热影响区组织主要是α'相和原始α相混合形成的马氏体组织,铝侧主要为粗大柱状晶组织,钛铝焊缝交界处析出少量Ti Al金属间化合物;焊接接头的拉伸强度约为219 MPa,接头断裂位置主要在铝侧焊缝位置,部分在钛铝两侧焊缝交界处的Ti-Al金属间化合物上。     

TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料激光焊研究

采用纯镍中间夹层和激光焊技术,连接TiNi形状记忆合金丝和不锈钢丝异种材料。对比分析了加镍夹层与未加镍夹层的激光焊接头的组织和性能。结果表明,与未加镍夹层的接头相比,加镍夹层的接头组织和性能得到明显改善,接头组织中γ-Fe相含量增加,TiFe2,TiCr2等金属间化合物相含量减少,焊缝区硬度明显降低,接头抗拉强度提高。未加镍夹层的接头的抗拉强度仅为187MPa,断口呈现典型的脆性断裂特征。加镍夹层后,接头抗拉强度提高至372MPa,断口具有脆-韧混合型断裂特征。     

TA23合金不同焊接方法接头组织性能研究

采用CMT、TIG和EBW焊对TA23合金进行焊接,对比分析了不同焊接方法下接头微观组织和力学性能的差异。结果表明,焊接热输入直接影响焊缝晶粒尺寸和焊接接头宽度,TIG焊缝晶粒尺寸最大,CMT次之,EBW最小;EBW接头宽度为5 mm,CMT接头宽度为7 mm,TIG接头达14 mm;3种焊接方法焊缝区域组织均由马氏体α相、片层状α相和残余β相组成,热影响区组织形态介于焊缝和母材组织形态之间;3种焊接方法焊缝区显微硬度和接头抗拉强度均大于母材,其中EBW焊缝区显微硬度值最大,TIG焊接头抗拉强度最高,CMT焊缝显微硬度和接头抗拉强度均居中。     

转速对厚板铝/镁异种材料搅拌摩擦焊摩擦产热及界面组织的影响

通过改变搅拌头转速对20 mm厚的铝/镁异种材料进行搅拌摩擦焊，利用K型热电偶测温、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、电子探针(EPMA)等测试方法，研究了搅拌头转速对摩擦产热、焊缝成形及界面组织的影响规律。结果表明，在同一转速下，板厚方向上存在温度梯度，自上而下温度逐渐降低，铝侧界面上下温差高于镁侧界面；同一厚度上相对称的两点，铝侧界面的峰值温度高于镁侧界面。随着转速的增加，摩擦产热增多，但是增幅显著减小。焊缝成形随着转速的增加逐渐变差；在转速为375 r/min时，接头镁侧界面上部存在12μm厚的连续带状Al₃Mg₂层和74μm厚的Mg+Al₁₂Mg₁₇共晶层，中部IMCs层和共晶层厚度较上部减小，下部只存在Al₃Mg₂和Al₁₂Mg₁₇IMCs层，并未发现共晶层。随着转速增加，镁侧界面处的IMCs层与共晶层的厚度显著增加，接头断裂发生在镁侧界面的Al₃Mg₂...     

Al-Mg合金电子束填丝焊接头的显微组织与力学性能

采用ER5183焊丝作为填充材料,对厚度为2 mm的Al-Mg合金进行真空电子束填丝焊接,并对焊接接头的微观组织及力学性能进行分析测试。结果表明,在合适的焊接工艺条件下,获得的Al-Mg合金接头焊缝成形良好。微观分析显示,接头熔合区为柱状晶和等轴状枝晶组织,主要由α(Al)基体相和β(Al₃Mg₂)强化相组成,焊缝中存在大量的缠结位错和第二相粒子。力学性能测试表明,与母材区的硬度相比,接头熔合区的硬度有所降低。在最佳工艺条件下获得接头的抗拉强度为311.2 MPa,达母材抗拉强度的96.9%。接头拉伸断口表面分布的韧窝数量较多,呈明显的韧性断裂特征。      

固溶处理对304/Q245R焊接接头组织及性能的影响

为研究固溶处理对304奥氏体不锈钢和Q245R碳钢异种金属焊接接头显微组织及性能的影响,采用E309-16奥氏体不锈钢焊丝对6 mm厚的304/Q245R板材进行手工电弧焊,焊后使用箱式电阻炉对焊接接头进行固溶处理,对焊接接头进行显微组织观察和力学性能测试.结果表明:相对于固溶处理前,固溶处理后的接头焊缝组织为灰色奥氏体和黑色铁素体,枝晶偏析程度明显降低,Cr、Ni等合金元素分布较为均匀;焊缝和碳钢侧热影响区硬度值均有所提高,最高硬度值为304.59 HV,出现在焊缝位置;接头抗拉强度较高,达570 MPa,拉伸断裂发生在母材Q245R碳钢部位.另外,对焊缝进行XRD测定,未检测到不利于接头性能的相,这表明固溶处理后的异种金属接头性能良好,能够满足工程中的实际需求.     

超声振动对铝/铜等离子弧熔钎焊接头组织及力学性能的影响

采用超声辅助等离子弧熔钎焊工艺实现了铝/铜异种金属连接,获得了成形良好的铝/铜搭接接头.利用 SEM、EDS、XRD和拉伸试验等测试方法,研究了超声振动对焊缝成形、焊缝晶粒尺寸、接头的界面结构和力学性能的影响.结果发现:不施加超声振动时,接头界面处有大约55 μm厚的金属间化合物层形成,Al-Cu共晶区出现一些树枝晶和粗大的等轴晶,焊接接头的剪切强度为51. 37 MPa.施加超声振动后,铝在铜基体上的浸润铺展面积增加,金属间化合物层的厚度下降到29 μm,Al-Cu共晶区的晶粒尺寸明显减小,焊接接头的剪切强度增加到84. 93 MPa.接头的断裂方式为脆性断裂.     

中间层Ni对TC4/2A14异种金属搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

目的 添加0.05 mm厚的Ni箔作为中间层,对3 mm厚的TC4钛合金和2A14铝合金进行搅拌摩擦焊,分析Ni对接头力学性能的影响。方法 采用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射等微观表征分析方法,对焊接接头的断口形貌、成分进行分析,探究Ni箔对焊接接头力学性能的影响。结果 由于钛合金和铝合金存在较大的物理化学性能差异,Ti/Al异种金属焊接性较差,界面容易产生TiAl3、TiAl、Ti3Al等金属间化合物,其中脆性相TiAl3对接头性能的影响最大,会导致综合力学性能下降。当加入中间层材料Ni后,由于Ni与Al晶体结构均属于面心立方,因此Ni与Al的扩散系数大于Ti与Al的扩散系数,Ni和Al之间优先形成金属间化合物且弥散分布于焊缝中,从而缩短了Ti与Al之间的相互扩散时间,减少了TiAl3相的生成。结论 在未添加中间层材料时,接头平均抗拉强度为237.3 MPa,约为2A14铝合金母材抗拉强度的56.7%;当添加中间层Ni后,对焊缝中金属间化合物的种类和数量进行了调控,减少了对性能影响最大的TiAl3相的生成,接头平均抗拉强度达到285.3 MPa,为2A14铝合金母材抗拉强度的68%。     

铝/铜异种材料交变磁场辅助电弧熔钎焊接头组织和性能

添加纵向交变间歇磁场,采用ER5356铝镁焊丝作为填充金属,对T2紫铜板和2A16铝合金板进行熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)对接试验,通过研究不同励磁电流IE和励磁频率f等磁场参数下的接头成形、界面组织结构和接头力学性能,得到接头的最佳工艺范围.结果表明:引入磁场实现了铝铜异种材料MIG熔钎焊接头的有效连接.铜侧钎缝连接界面层由金属间化合物(IMC)层和过渡层组成,其中IMC层为AlCu+Al2Cu化合物,过渡层组织为α-Al+S(Al2CuMg)/Al2Cu相.IMC层与过渡层犬牙交错,起到"机械咬合"的效果,提高接头强度.随着励磁电流的增加,IMC层平均厚度先减小后增大,抗拉强度先增大后减小;随着励磁频率的增加,抗拉强度逐渐减小.最佳工艺范围为:IE=0.5～0.7 A、f=15～25 Hz、IMC层平均厚度d=14.3～15.8μm,此时接头成形表现良好,抗拉强度较高.当IE=0.6 A,f=15 Hz,接头的抗拉强度最高达到135.47 MPa.此时界面层显微硬度为252.8HV,明显高于焊缝和母材,这可能是IMC层处呈脆硬性的AlCu和Al2Cu金属间化合物所致.     

MB2-LY12扩散焊接头界面组织结构及其形成机制

采用真空扩散焊接技术进行镁合金（MB2）与铝合金（LY12）的焊接,采用超声波无损检测,电子探针、X射线衍射和扫描电镜等手段研究了焊接温度对焊接接头界面附近组织结构的影响,分析了界面反应物的生成机理。结果表明,随着焊接温度的升高,焊接界面的焊合率提高,在焊接压力为3 MPa、保温时间为100 min的条件下,温度升高到480℃完全焊合,在Al侧和Mg侧分别形成了A1（ss,Mg）和Mg（ss,A1）固溶体,焊接界面形成了Al₁₂Mg₁₇、AlMg、Al₃Mg₂三种金属间化合物层,其厚度随着焊接温度的升高而增加,其中AlMg层厚度增长得最快,接头断裂发生在金属间化合物层且呈阶梯状断裂。界面扩散区的形成主要由有效物理接触阶段、固溶体形成阶段、金属间化合物相形成阶段以及金属间化合物增长阶段组成。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的纯铜中间层液相扩散焊

采用Cu箔中间层在Ar气氛保护、550℃条件下过渡液相扩散焊(TLP)焊接SiC颗粒(SiC_P)增强Al基复合材料SiC_P/ZL101和SiC_P/Al (SiC_P 10vol%),对母材与焊接接头的微观组织、剪切强度、焊接接头剪切断面与断裂路径等进行分析。结果表明:在铸Al(ZL101)与纯Al(Al)基体中,分别通过共晶温度较低的Al-Si-Cu(524℃)三元共晶反应与Al-Cu(548℃)二元共晶反应实现中间层金属/基体金属(M/M)界面润湿。其中铸Al基体焊接接头中虽有颗粒偏聚,但由于Al-Si-Cu三元共晶反应的Cu含量(26.7wt%)低于Al-Cu二元共晶反应的Cu含量(33wt%),SiC_P/ZL101焊接接头焊缝中CuAl₂相少于SiC_P/Al焊接接头焊缝中的CuAl₂相,且未出现CuAl₂相的聚集,故其强度较高。Cu中间层形成的金属间化合物CuAl₂相是影响焊接接头力学性能的重要因素,两种复合材料焊接接头的剪切强度分别为85.4 MPa和73 MPa。      

铝合金6082和5083 MIG焊接头的微观组织和性能

对高速列车车体常用铝合金6082与5083板材进行熔化极氩弧焊(MIG)对接,利用光学显微镜和扫描电镜分析异种材料焊接接头的显微组织特点,利用显微硬度计、拉伸试验机和电化学工作站对接头的力学性能和耐腐蚀性能进行测试和分析。研究结果表明,焊缝成型良好,焊缝区由细小的胞状树枝晶和等轴晶构成,熔合线附近为粗大的柱状晶;焊接接头抗拉强度为199.92 MPa,断后伸长率为5.18%,断裂位置在铝合金6082的焊接热影响区(HAZ),为韧性断裂,接头的正弯性能较差,背弯性能良好;铝合金5083侧的热影响区宽为4mm,6082侧的热影响区宽为15mm,接头两侧的硬度分布有明显差别,在6082侧距焊缝中心12.5mm的显微硬度最低为63HV;6082-5083异种铝合金焊缝的耐蚀性能优于母材5083,但比母材6082差。     

铝 / 镁异种金属搅拌摩擦焊研究现状及发展趋势

为进一步优化焊接工艺,提高铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头的性能,促进铝/镁异种金属结构在航空航天、轨道交通、汽车工业等领域的广泛应用,综述了近5年来国内外铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接的最新研究成果,对焊接工艺参数、接头的力学性能、微观组织以及异种金属搅拌摩擦焊的新工艺进行了总结和分析。国内外大量研究结果表明,通过选择合适的工艺参数、改变搅拌针的偏移,可以获得抗拉强度较高、焊缝成形良好的铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头,焊缝中存在的金属间化合物是导致焊接接头性能不能满足工程应用的主要因素,但目前对于搅拌摩擦焊接过程中金属间化合物的产生、分布规律缺乏深入研究。     

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。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。     

Fe3Al与Q235钢异种材料扩散焊的界面剪切强度

采用扩散焊技术对Fe3Al金属间化合物与Q235碳钢进行焊接,研究了Fe3Al/Q235扩散焊界面的剪切强度,并利用扫描电镜分析了界面断裂特征.结果表明,Fe3Al/Q235扩散焊界面断裂位置靠近Fe3Al一侧,剪切断口为解理断裂,伴随少量的韧性断裂特征,微裂纹多数沿靠近Fe3Al一侧的界面交界线扩展,有时偏向界面中心;控制加热温度1060℃,保温45～60min,压力12～15 MPa时,可以获得界面结合紧密、剪切强度112.3 MPa的Fe3Al/Q235接头.     

焊后时效对7046铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

对厚度为3.5 mm的7046铝合金挤压板材进行搅拌摩擦焊接并对焊接接头进行人工时效,研究了焊后时效对接头力学性能的影响。结果表明,焊接接头时效前的硬度分布大致呈“W”形,抗拉强度为406.5 MPa,焊接系数为0.8,拉伸时在后退侧热影响区与热机影响区的过渡位置出现断裂,此处的硬度值最低,断裂面上有大量的韧窝;进行120℃×24 h时效后,接头的热影响区、热机影响区和焊核区的硬度都显著提高,母材区的硬度变化不大,硬度分布大致呈“一”形,抗拉强度大幅度提高到490 MPa,焊接系数达到0.96,拉伸时在焊核区中心断裂,断裂面有大量的沿晶裂纹。时效后接头区域的晶内GPI区转变成具有更好强化效果的η′亚稳相,使接头的硬度和强度提高;与其它区域相比,焊核区中晶界η相的分布更连续,晶界处无沉淀析出带的体积分数更大,因此容易成为拉伸时的断裂位置。     

NiCuNbCr焊料Ti_3Al/GH4169合金氩弧焊接头的组织及性能

采用钨极氩弧焊方法,使用自行设计制备的NiCuNbCr合金作为焊料,实现Ti3Al基合金与GH4169高温合金异种材料之间的焊接。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(XEDS)等方法对接头横截面的微观组织进行分析。结果表明:GH4169/焊缝界面以及焊缝均主要由Ni元素的固溶体组成,其中固溶了Cu,Fe,Cr,Nb几种元素;而焊缝/Ti3Al界面分为3层组织,其相组成从Ti3Al母材到焊缝方向依次为:固溶了Ni和Cu元素的Ti2AlNb相、Al(Ni,Cu)2Ti金属间化合物及(Nb,Ti,Mo)固溶体;(Ni,Nb,Cr)及Ni(Cu,Ti)固溶体;Ni的固溶体,固溶元素为Cu,Nb和Cr。接头的平均室温抗拉强度为140.7MPa。拉伸试样断裂于被焊Ti3Al母材表面的扩散反应层,它主要由固溶了Ni和Cu元素的Ti2AlNb相与Al(Ni,Cu)2Ti金属间化合物组成,该界面是Ti3Al/GH4169接头的薄弱环节。     

6061铝合金/DP600钢电阻点焊接头特征及力学性能

目的 提升6061-T6铝合金/DP600双相钢电阻点焊接头的力学性能,以满足该焊接结构在汽车工业中的应用。方法 对6061-T6铝合金与DP600双相钢分别进行了直接电阻点焊试验及添加Ni中间层的电阻点焊试验,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪分析了接头界面宏微观组织、化学成分、元素分布等,此外还采用接头拉剪试验进行了2种接头的力学性能测试,并对接头的断口形貌及断裂模式进行了分析。结果 直接点焊接头熔核界面形成了厚度约为2.5μm的金属间化合物层,主要金属间化合物为靠近铝合金侧的Fe₂Al₅及靠近高强钢侧的Fe₄Al₁₃。直接点焊接头的拉剪载荷为3.1 kN,失效形式为界面断裂,断口呈以脆性为主的混合断裂特征。添加Ni中间层的点焊接头界面形成了Ni₄Al₁₃、Ni₂Al₅金属间化合物,抑制了焊接过程中Al-Fe互扩散并降低了Al-Fe金属间化合物的形成以及硬脆性Al-Fe金属间化合物对接头力学性能的影响,使...