新材料焊接的现状和展望

新材料主要指结构陶瓷、高分子及复合材料等。由于其优异的性能,近二十年来工程应用逐年扩大,尤其在能源、宇航、微电子及军事工业等方面更令人瞩目。由于材料的焊接性对新材料的扩大使用是十分关键的,这包括材料本身的连接以及和其它材料的连接问题。优良的焊接性要求材料易于实现焊接连接,又不因焊接过程恶化新材料的优异性能。以下重点就陶瓷、复合材料及金属合金等新材料焊接技术的现状和发展做一概述.     

电子束表面造型技术的应用方向及其在国内船舶领域的发展现状

综述了电子束表面造型技术的应用方向,主要包括金属-复合材料连接、强化换热元件制备、涂层制备的表面预处理等。介绍了国内船舶领域电子束表面造型技术的发展现状,主要包括基于矢量化控制的电子束表面快速造型方法、针对船用材料的电子束表面造型工艺、面向应用的电子束表面造型样件性能研究等。      

镁自硬砂型铸件重量轻、省时间

在2006年材料科学与技术会议上，美国工艺材料公司介绍了有关混杂金属复合材料在电源电子学中用于电气连接件的问题。这项技术可用于燃料电池、贮能设备，文章介绍了具体用于电连接的技术。通过包覆、电镀、电子束焊接、剖面机加工及各种表面加工工艺可制成多种混杂金属复合体系。     

高熵合金应用于异种金属焊接的研究现状及发展趋势

近年来,基于国内外对降低能耗的需求,"轻量化"在制造工业中受到广泛的重视.异种金属焊接可以综合发挥不同材料的性能优势,成为实现"轻量化"的有效途径.然而,在多数异种金属连接接头处会形成硬而脆的金属间化合物(IMC),严重降低焊接接头的强度和韧性.高熵合金兼具高熵效应与迟滞扩散效应,使其具有作为中间层材料或者钎料应用于异种金属连接以改善IMC带来的问题的巨大潜力.本文综述了近年来将高熵合金作为异种金属焊接中间层材料/钎料的相关探索性研究,重点关注高熵合金对焊接界面IMC的产生、微观组织和焊接接头力学性能的影响.综合分析相关研究,结合分析作为金属基复合材料增强体以及与铝合金、钢和钛合金等传统材料的异种金属焊接时所产生的高熵合金/传统金属界面组织特征,指出高熵合金确有作为中间层材料/钎料应用于不同类型异种金属焊接的潜力.为了推进高熵合金在这一方向上的应用,需要开展更加系统和深入的机理性研究以揭示高熵合金改善界面组织的机理,并针对不同异种金属体系优化出高熵合金中间层材料/钎料成分;此外,有必要开展"放大"研究以模拟实际工况下的作用效果.     

电子束物理气相沉积工艺制备超薄高温结构材料的研究

介绍了包括热障涂层、高温合金薄板、金属/陶瓷及金属/金属间化合物微叠层薄板等金属热防护系统结构材料的特点,并简要介绍了电子束物理气相沉积设备的工作原理、结构及其工艺特点.着重评述了利用该工艺制备多种体系高温结构材料的研究现状,最后对未来的发展趋势作出了客观的评价与展望.     

难熔金属单晶的电子束悬浮区熔定向凝固

难熔金属及合金以其优异的性能在航空航天、电子信息、能源、化工、冶金和核工业等国防及民用领域有着不可替代的作用,其发展日益受到高度重视.本文综述了难熔金属及合金的应用和发展,以钼、钨及其合金单晶的发展历程为例,概述了难熔金属单晶的电子束悬浮区熔定向凝固制备技术的发展,简要介绍了难熔金属钼的电子束悬浮区熔定向凝固生长工艺与组织的研究.     

氧化物弥散强化高温合金MGH956的基本焊接性研究

氧化物弥散强化(ODS)高温合金MGH956是机械合金化工艺制造的氧化物弥散强化高温合金,针对MGH956材料采用电子束、氩弧焊、钎焊及扩散处理等连接工艺方法进行了基本的焊接性研究.对接头组织及接头性能进行了测试分析,三种焊接方法室温接头力学性能相当,接头强度系数均达到95%左右,氩弧焊焊缝中的气孔较多,而电子束焊焊缝中气孔相对比较少、室温塑性比较明显.从接头高温强度而言,真空钎焊工艺有明显优势.     

金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状

金属与复合材料连接研究目前处于初级阶段。在焊接方面,搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,可以在较低温度下实现物理化学性能差异较大的金属与复合材料的连接。综述了国内外金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状,在接头形式、焊具设计、焊接参数优化以及连接机制等方面做了详细介绍。结果表明,静止轴肩可有效提高接头表面成形质量及抗拉强度;接头内的锚结构能够有效增加接头的机械互锁能力;通过优化焊具形貌及工艺参数可以增加锚结构尺寸。金属与复合材料的连接机制主要为机械互锁、化学键合以及较弱的范德华力。此外,对金属与复合材料搅拌摩擦焊的发展提出了相关建议。     

钢-铝激光焊接的关键技术与未来趋势展望

汽车车身多材料结构要求两种不同类型的材料进行连接(如钢-铝、铸铁-铝、铝-镁等).激光焊热量集中,热源能准确控制,应力应变小,与其他焊接方法相比,更适合于钢、铝异种材料的焊接.在分析钢-铝焊接难点的基础上,总结了当前钢-铝激光焊接中常见的焊接缺陷、接头连接形式、表面处理及填加焊料,着重概括了激光焊接工艺参数对焊缝质量的影响,指出钢-铝激光焊接技术未来的发展趋势是设计与开发柔性化夹具,加强钢-铝激光焊接工艺参数优化、焊接缺陷控制、合金元素填料筛选、FeAl脆性金属间化合物与延塑性较好金属间化合物的形成条件、Fe/Al界面结合机理等方面的基础研究,期望为激光焊接多材料车身结构提供重要的技术参考.     

搅拌摩擦焊接技术基础及其工程应用

搅拌摩擦焊(FSW)是最近十几年才发展起来的一项新的连接技术,焊接的材料非常广泛.在焊接时材料不熔化,减少和消除了因金属熔化带来的冶金反应的复杂性,因此特别适合焊接活性金属或两种物理和化学性质相差悬殊的材料.利用搅拌摩擦焊技术,已对高温活性金属、低熔点金属、复合材料、异种金属或合金等材料进行了焊接性能实验研究和工程应用研究,对核工业使用的铍-铝合金、铜合金核废物容器箱体也进行了焊接.利用摩擦搅拌技术还能细化金属材料的晶粒和增强硬度.     

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。     

增材制造Ti-6Al-4V钛合金低周疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可用于大型、复杂高性能钛合金结构件的制备,在航空航天等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。虽然增材制造Ti-6Al-4V合金构件的强度已经能够超过锻件,但它仍存在内部孔隙、熔合不良、粗大的柱状晶及残余拉应力等问题,使其在疲劳性能上与锻件具有一定的差距。本文在介绍直接能量沉积、选区激光熔化和电子束选区熔化3种代表性增材制造技术的原理及特点的基础上,简述了3种工艺制备Ti-6Al-4V合金构件的微观组织、静态力学性能及低周疲劳性能的研究进展,重点讨论了打印方向、缺陷、显微组织和表面处理对低周疲劳性能的影响。分析了增材制造Ti-6Al-4V合金构件低周疲劳性能、拉伸性能与微观组织之间的内在关系,并对提高构件低周疲劳性能的方法和推动其广泛应用的发展方向进行展望。     

Comparative investigation of tungsten inert gas and friction stir welding characteristics of Al–Mg–Sc alloy plates

Al–Mg–Sc alloy plates were welded by FSW and TIG welding. The effect of welding processes on mechanical properties of Al–Mg–Sc welded joints was analyzed based on optical microscopy, transmission electron microscopy, tensile testing and Vickers microhardness measurements. The results show that the mechanical properties of FSW welded joint are much better than those of TIG welded joint; the strength coefficient of FSW joint is up to 94%. Moreover, tensile strength and yield strength of FSW joint are 19% and 31% higher than those of TIG joint, respectively, which are attributed to the preservation of cold working microstructures in the process of FSW. Due to the low welding temperature during FSW process and the excellent thermal stability of Al₃(Sc, Zr) particles, the cold working microstructures can be well preserved. In addition, the FSW joint have asymmetric microstructures and mechanical properties, which are not observed in TIG welded joint.     

快速凝固耐热铝合金焊接技术的研究现状

阐述了快速凝固耐热铝合金焊接研究现状,分析了快速凝固耐热铝合金的焊接性,讨论了钨极氩弧焊、电容放电焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊以及钎焊在快速凝固耐热铝合金材料连接中的应用和存在的问题,指出具有高能量密度、低能量输入的电子束焊、激光焊以及摩擦焊适于快速凝固耐热铝合金的焊接.     

ZTC4钛合金电子束焊接接头的组织及力学性能

通过室温拉伸试验、显微硬度测试和金相检验对ZTC4铸造钛合金电子束焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:焊缝区到母材的显微硬度逐渐降低,显微组织由细针状α+β基体过渡到板条状α+β基体;选择适当的焊接参数,可获得性能良好的ZTC4电子束焊接接头,其抗拉强度与母材相当,但不同试样性能数据较为分散,需对接头进行后续处理或提高原材料冶金质量以保证焊接接头性能的稳定性。     

Incoloy 800H合金的开发

研制了一种Incoloy 80 0H合金并对其成分、力学性能、金相组织、晶粒度进行了检测 ,表明研制并生产出的板材、棒材 ,其质量达到了标准规定要求 ,满足了特定焊结构件用材的技术条件规定 ,并成功用于石油行业。     

钛合金电子束焊接在船舶领域应用的前景

船舶用钛合金焊接接头要求具有较好的抗冲击性能和抗疲劳性能,针对较大壁厚结构件,一般的焊接技术效率低且焊接质量较难保证,真空电子束焊接技术在这方面具有优势。本文综述了钛合金电子束焊接的特点,对其在船舶应用的前景,尤其是在大厚板焊接、冲击性能和疲劳性能等方面的优异表现进行了介绍,船舶用钛合金厚板焊接的长服役寿命可靠性是采用电子束焊接结构制造的根本目的。     

电弧熔丝增材制造铝合金研究进展EI北大核心CSCD

电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。     

喷射成形铝硅合金电子封装梯度材料的研究进展

高硅铝合金电子封装材料以其良好的热物理性能与力学性能,越来越受到材料和电子封装行业研究者的重视,但是其焊接性能与机械性能不理想。铝硅合金梯度板材可解决电子封装材料低膨胀与高机械性能的矛盾,其高硅端热膨胀系数低,导热好,适于裸集成电路;低硅端机械性能高,可焊接,便于精加工和封装,是未来武器装备高集成电路封装构件重要的备选材料。针对这类材料的制备问题,提出了双金属一步式喷射成形技术的概念,并对喷射工艺参数进行了初步的探索研究。2个沉积器的间距可以影响复合板材的外形轮廓与内部硅成分的梯度分布,模拟结果显示间距大于等于40 mm时,出现台阶而且成分变化有突变。     

含钪铝合金焊接接头的耐腐蚀性能研究

采用铸锭冶金法制备了含钪Al-Mg合金。用手工氩弧焊焊接方法制备含钪Al-Mg合金焊接接头试样。研究了高镁Al-Mg合金中添加微量稀土元素钪后合金焊接接头的耐盐雾腐蚀和剥落腐蚀性能,用金相显微镜和透射电子显微镜观察了合金焊接接头的显微组织,并探讨了其腐蚀机理。研究结果表明,添加微量稀土元素钪能有效细化合金晶粒,显著提高Al-Mg合金焊接接头的耐腐蚀性能。其耐蚀性机理是合金焊接接头组织中均匀弥散分布着β(Mg5Al8、Mg2Al3)沉淀相,未在晶界上出现β相形成的连续网膜,因此合金焊接接头耐腐蚀性能优良。