超声工艺对镁合金超声辅助钎焊接头组织性能的影响

采用纯Zn箔为中间层,进行了镁合金超声波辅助钎焊试验,分析了超声波作用及不同超声工艺对钎焊接头形貌和剪切强度的影响。结果表明,在超声波振动的作用下,Mg/Zn界面处的氧化膜发生了破碎,促进了Mg-Zn共晶反应的产生。在钎焊温度为490℃时,采用一次超声波辅助钎焊工艺,接头界面有孔隙存在;采用"首次超声+升温+二次超声"的超声工艺,形成了完全由Mg(Zn)固溶体组成的接头,接头界面处各元素成分变化均匀。该接头的剪切强度可达109 MPa,断裂位置位于镁合金母材侧。     

添加铜箔中间层的NiTi形状记忆合金超声波焊接

采用超声波焊接方法对添加铜箔中间层的NiTi形状记忆合金进行搭接焊,研究接头的表面形貌、界面形貌、相变行为、抗拉性能和断裂特点. 结果表明,超声波焊接能实现添加铜箔中间层的薄片状NiTi形状记忆合金的有效连接. NiTi焊缝表面存在明显压痕,界面处结合良好,无金属间化合物生成. NiTi形状记忆合金超声波焊缝呈可逆单相转变过程,接头强度达到母材的65%,断裂位置在母材区,断口形貌呈现韧性断裂特征. 超声波焊接方法将有效解决NiTi形状记忆合金采用传统熔焊方法时产生脆性金属间化合物的这一问题,为NiTi记忆合金的连接提供了新的解决途径.     

镁合金与钢接触反应钎焊工艺研究

采用厚度为30μm的纯Cu箔作为中间层接触反应钎焊AZ31B镁合金和Q235钢,研究加热温度和保温时间对AZ31B镁合金/Q235钢钎焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,在有效的工艺参数条件下,接头界面反应区产物主要为Mg固溶体、Mg_2Cu、Al Mg;加热温度为570℃,保温时间为30 min时,钎焊接头抗拉强度达到最大值122.6 MPa,加热温度和保温时间过高或过低,均导致抗拉强度下降,加热温度570℃,保温时间为30 min时钎焊接头断裂方式为典型的韧性断裂。     

冷喷涂Zn中间层对Mg/Al异种金属超声波焊接性能的影响

Mg/Al异种金属超声波焊接(USW)是当前研究的热点问题,但在焊接过程中形成的金属间化合物(IMC)导致接头强度较低。为提高接头强度,预先利用超音速冷喷涂技术在Mg板表面喷涂Zn粉作为中间层,后进行超声波点焊试验,分析了接头的微观组织和力学性能。研究表明:无中间层接头界面出现了大量的Mg-Al系金属间化合物Al_(12)Mg_(17),含Zn中间层接头界面中存在延性金属间化合物MgZn_2。Zn中间层有效阻止了Mg/Al相互扩散,抑制了Mg-Al系IMC的生成,提升了接头的性能,与无中间层接头相比,最大拉伸剪切载荷提升11.5%,剥离强度提升了29.5%。     

铝/铜异种金属电阻热辅助超声波缝焊工艺特性

1060纯铝箔作为中间层,通过电阻热辅助超声波缝焊的方式实现1 mm厚度6061铝合金和T2紫铜异种金属焊接,分析了焊接过程中电阻热对铝/铜焊接接头焊缝成形、界面形貌、温度场以及力学性能的影响. 结果表明,采用单独超声波缝焊焊接铝/铜异种金属时,因产生的焊接能量较小,接头连接界面处仅局部区域位置形成连接,接头拉剪强度为45 MPa. 但在电阻热辅助超声波缝焊过程中,电阻热的加入能够有效预热工件,令待焊材料表面发生软化,在高频振动作用下,接头连接界面处形成有效连接. 同时,引入电阻热提高了铝/铜界面处温度,由单独超声波缝焊的140 ℃增加至190 ℃,界面处原子扩散距离增加,获得焊接接头的拉剪强度增加至75 MPa,相对前者接头拉剪强度提高67%.     

采用冷喷涂铜涂层做中间层的镁合金与钢共晶接触反应钎焊工艺及接头性能

采用厚度为50 μm的冷喷涂铜涂层作为中间层,研究了连接温度和保温时间对AZ31B镁合金/钢异种金属接触反应钎焊接头剪切强度的影响规律.通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度和剪切强度试验,研究了AZ31B镁合金/钢钎焊接头界面微观组织和力学性能.结果表明,当连接温度为530℃,保温时间为60 min时,接头剪切强度达到最大值36.9 MPa.AZ31B镁合金/钢钎焊接头界面反应产物主要为Mg₂Cu,α-Mg固溶体和Mg-Cu-Al三元相.Mg-Cu-Al三元相的尺寸和分布,以及08F钢侧是否存在Mg₂Cu共晶相共同决定了接头的强度.由钎焊接头断口可知,最佳工艺参数下断裂方式为脆性断裂与韧性断裂的混合方式.     

保温时间对添加中间层的钢/Mg焊接接头显微组织和性能的影响

通过添加Cu箔中间层,采用两次焊接法连接不锈钢和镁合金,并对其焊接接头的剪切强度、显微硬度、显微组织进行了测试分析。结果表明,不锈钢-铜-镁扩散连接接头界面连接良好;焊接接头剪切强度随保温时间的增加先增加后减小,最大值达到45.2 MPa;金属间化合物显微硬度高于两侧Mg合金和Cu箔;随着保温时间的增加,金属间化合物层厚度增加。     

中间层金属对Al_2O_3/1Cr18Ni9Ti钎焊接头组织及剪切强度的影响

采用Ag-Cu-Ti活性钎料连接Al2O3陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,研究了Cu,Ni和表面镀Ni的Cu 3种中间层金属对钎焊接头组织和剪切强度的影响.结果表明,Cu作为中间层时,陶瓷与钎料能形成良好的界面反应;Ni作为中间层时,焊缝中形成大量的Ni3Ti金属间化合物,导致陶瓷/钎料不能形成良好的反应层,降低了接头的剪切强度;表面镀Ni的Cu片作为中间层金属时,少量Ni的存在不影响钎料中活性元素Ti的含量,钎料与陶瓷能形成良好的界面反应,同时Ni层的存在降低了钎料对Cu的溶蚀作用,该种中间层更能有效地缓解钎焊接头的残余应力.当Ni层的厚度为30 mm,Cu片的厚度为0.2 mm时,接头剪切强度可达到109 MPa.     

Mg/Cu/Al接触反应钎焊工艺及元素扩散行为分析

采用铜中间层对镁合金与铝合金进行了接触反应钎焊,利用SEM,EDS研究了接头的微观形貌及组织结构,并对界面Cu元素的扩散行为进行了分析. 结果表明,铜中间层可有效阻隔镁与铝的接触反应,界面无Mg-Al系金属间化合物生成;相同温度下,Cu原子在Mg元素中的扩散能力远大于在铝中的扩散能力,导致Al/Cu侧在温度低于560 ℃时无法产生有效连接,且温度高于570 ℃时镁合金溶解过多,工艺区间过窄. 在565 ℃保温20 min可实现连接,但抗剪强度仅12.6 MPa. 采用低温长时间保温,随后高温短时加热的工艺可实现Mg/Cu/Al接头有效连接. 在475 ℃保温60 min,560 ℃加热7 min的条件下,接头强度可达31.2 MPa.     

焊接能量对Mg/Ti超声波焊接接头微观组织与力学性能的影响

采用超声波焊接技术对Mg/Ti异种金属进行了焊接,研究了不同焊接能量对接头界面峰值温度、界面形貌、界面原子扩散程度以及力学性能的影响规律。研究发现:Mg/Ti超声波焊接接头整体界面较平直,局部界面有较小起伏,未发现裂纹、未熔合等缺陷,也未看到明显的反应层;随着焊接能量的增大,界面峰值温度升高,原子扩散层厚度增大,连接区面积逐渐增大,接头力学性能得到提高,而能量达到2000J时镁侧母材出现裂纹;接头断裂模式分为界面断裂和纽扣断裂,界面断裂时断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明,Mg/Ti连接界面区域无明显的金属间化合物生成。     

Laser welding/brazing of 5182 aluminium alloy to ZEK100 magnesium alloy using a nickel interlayer

Aluminium alloy and magnesium alloy were successfully joined by using laser welding/brazing technology via a nickel interlayer. Microstructure and mechanical properties of the dissimilar Al/Mg joints with and without a nickel interlayer were comparatively investigated. No joints were achieved without a nickel interlayer; after welding, specimens were separated without applying any force. By inserting a nickel interlayer, sound metallurgical bonding were obtained at the interfaces. Hence, the joint strength reached 410 N with the failure at Mg/Ni interface. The influence of Ni interlayer on the weld defect, microstructure and joint strength was studied, and the joint formation mechanism was also discussed.     

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.     

基于Ti中间层的AZ31镁合金/6061铝合金电阻点焊研究

通过添加钛箔中间层,研究了镁/铝合金异种金属电阻搭接接头的微观组织与力学性能。研究结果表明,添加0.2mm厚度钛箔中间层可以大幅提高镁/铝异种金属电阻点焊接头的结合强度,接头的最大拉剪力随焊接电流的增大先增大后减小;当焊接电流为14kA时,最大拉剪力达到最大为2.2kN。铝钛界面处有TiAl₃生成,接头断裂在镁侧热影响区上,经过换算接头的剪切强度能够达到156MPa。通过SEM和EDS分析,添加钛中间层阻断了镁合金和铝合金的相互扩散,钛中间层阻碍了Mg-Al金属间化合物的生成,从而大大提高接头的结合强度。     

基于镍合金中间层的镁/钢异质金属激光-电弧复合胶焊技术

采用激光-TIG电弧复合胶焊技术实现了AZ61镁合金与Q235钢之间的良好连接.重点讨论了激光-TIG复合胶焊的焊缝表面形貌、焊缝区组织及元素分布特征.结果表明,在胶粘剂厚度一定时,焊接热输入是影响焊缝成形的关键因素.胶粘剂在复合热源作用下分解气化并逸出熔池,在一定程度上增强熔池内部液态金属的流动性,促进熔池内部异质金属之间冶金反应和相互混合.通过镍合金层与胶粘剂的综合作用使镁/钢异质材料之间以冶金反应形式连接,提高了镁/钢异质金属连接结构的线载荷,增强了镁/钢异质金属的整体性能.     

激光焊接镁/铝异种金属的显微组织与性能

对1.8 mm厚AZ91镁合金和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、电子显微硬度仪、微机控制电子万能试验机等手段研究镁/铝焊缝的表面成形性、接头区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相、显微硬度与接头力学性能。结果表明:激光功率1900 W,焊接速度50 mm/s,离焦量f为0,Ar气保护气体流量为15 L/min时,焊缝表面成形性良好,热影响区窄,晶粒细化;焊接接头平均抗拉强度和抗剪强度分别为13.99和12.79 MPa,镁侧和铝侧焊缝硬度均高于母材;剪切断口较平坦、光滑,出现相互平行的疲劳条纹;拉伸断口存在较多高度不一致的解理台阶,呈脆性断裂特征;镁/铝焊缝界面存在Mg17Al12、Mg2Al3主要物相,其中Mg17Al12脆性相高温下比Mg2Al3延性相结构稳定,是镁/铝焊接接头呈现脆性特征和较难实现焊接的主要原因。     

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%.     

镁铝异种合金搅拌摩擦焊综述

铝镁合金搅拌摩擦焊中峰值温度超过Al12Mg17和Al3Mg2形成的共晶温度,两种金属间化合物的形成不可避免。通过将镁合金置于前进侧、搅拌针偏向镁合金,采用液氮或水下搅拌摩擦焊,加入中间层过渡金属等方法可降低搅拌摩擦焊过程中的热输入,有效减少焊核区金属间化合物的数量。采用锥形螺纹搅拌针对接、配合直径约为3.5倍板厚的内凹型轴肩可提供适当的热输入,促进材料塑性流动,增加两种材料相互交融的程度,提高接头抗拉强度;超声辅助搅拌摩擦焊技术可破坏脆性界面层进而提高接头强度。     

轻金属材料超声波焊接的研究现状

介绍了铝合金、镁合金的国内外超声波焊接的最新研究现状,分析了各种工艺方案的特点与效果。以往的研究结果表明:焊前用乙醇润湿铝合金表面可提高其超声波焊接性,而对于镁合金则通过卤化处理可以有效地提高其超声波焊接接头强度;采用一定的钎料对铝合金、镁合金进行超声波钎焊能较好提高其接头力学性能。并指出了超声波钎焊将成为今后铝合金、镁合金等轻金属超声波焊接的发展方向。