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。     

铝/钢固态焊接合界面金属间化合物生长机制

在保持固态条件下,分别变化加热温度、时间对铝/Q235钢爆炸焊接头进行加热处理.分析了接合界面区反应层形貌等微观特征,探讨了加热温度、加热时间对反应层厚度的影响,研究了接合界面金属间化合物的生长行为.界面反应物是由靠近铝合金侧的反应物为Fe₄Al₁₃和靠近钢侧反应物为Fe₂Al₅构成.金属间化合物层随着加热时间的延长而变厚.结果表明,金属间化合物的生长满足抛物线法则,其生长激活能为33.26 kJ/mol.     

镍/铜箔回流焊与激光钎焊界面显微组织与性能

基于镍箔“桥”替代铝铜直接焊接的背景下,利用回流焊、半导体激光钎焊对镍铜箔片进行异质连接.对比分析了接头形貌及界面显微组织的形成机制,并对其力学性能进行评价.结果表明,两种焊接接头成形良好,且无焊接缺陷产生;激光钎焊焊缝内由锡的固溶体和具有等轴晶形态的Cu-Sn金属间化合物组成,而回流焊焊缝则为锡的固溶体;两种焊接接头铜-锡、镍-锡界面均呈现不同形貌,且铜-锡界面层厚度大于镍-锡界面层.回流焊在铜-锡界面处显微组织呈扇贝状分布,其组成为铜固溶体→Cu₃Sn金属间化合物→Cu₆Sn₅金属间化合物;激光钎焊铜-锡界面处由多种Cu-Sn金属间化合物组成.在镍-锡界面处,回流焊呈现连续分布的(Cu, Ni)₆Sn₅金属间化合物,而激光钎焊则是由短棒状(Cu, Ni)₃Sn₄与条状(Cu, Ni)₆Sn₅组成,两种焊接接头最大剪切力可达320 N以上,远高于实际生产要求.基于此研究结果,可进一步明确激...     

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.     

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.     

铝合金/不锈钢异质金属激光焊接头组织及性能研究

采用316L不锈钢薄板与6063铝合金板作为焊接材料进行纳秒脉冲激光搭接焊接试验,分析了激光扫描路径和激光参数对铝/钢纳秒脉冲激光焊接头界面形貌特征及金属间化合物相组成的影响,并对接头力学性能进行试验.试验结果表明,在靠近钢侧焊缝产生了 Fe3Al及FeAl化合物,靠近铝侧为FeAl3,Fe2Al5,FeAl2化合物....     

银中间层对钢/铝激光双道焊接头组织与性能的影响

对钢/铝接头直接采用激光焊接时,接头极易产生脆性Fe-Al金属间化合物.针对该问题,采用激光双道焊接方法研究了银中间层对304不锈钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,预置银为中间层,采用双道激光焊接工艺,焊后接头成形良好;组织分析表明,焊缝区域明显分为靠近铝侧的区域A和靠近钢侧的区域B,区域A由富银相和富铝相混合组成,区域B由纯银(区域B1)和奥氏体相(区域B2)组成.此外,焊缝中未出现脆性Fe-Al金属间化合物.力学性能测试结果显示,断裂发生在接头处的纯银区,抗拉强度为175.59 MPa,断后伸长率约为3％.     

激光偏束焊对铌/钢接头组织及性能的影响

文中对铌/钢进行了激光焊接,当激光束直接作用于铌/钢接触面时,由于Nb-Fe金属间化合物Fe₂Nb的生成呈现连续分布的特点会使焊后接头发生断裂.针对该问题,采用激光偏束焊对铌/钢进行焊接,通过激光束偏钢侧来抑制铌的熔化量,进而减少接头中Fe₂Nb的生成.结果表明,通过采用激光偏束焊的方式可以较好地抑制接头开裂的问题.组织分析表明,焊后接头组织主要由γ奥氏体相与一定量的Fe₂Nb相及少量的δ铁素体组成.力学性能结果显示,断裂发生在接头Fe₂Nb金属间化合物层处,其抗拉强度为221 MPa,最高硬度出现在Fe₂Nb金属间化合物层约为1 143 HV.     

镁/铝层状复合板材搅拌摩擦焊焊接行为

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对爆炸焊方法制备的镁/铝层状复合板进行焊接，对不同焊接速度条件下焊接接头的微观组织、物相以及力学性能进行分析。结果表明：镁/铝层状复合板的搅拌摩擦焊焊接接头界面连接效果良好，热机械影响区和热影响区界线不明显，搅拌区内镁、铝交替分布呈条带状，在搅拌区、热机械影响区和热影响区形成了Al₃Mg₂和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物，焊接缺陷主要为界面处金属没有及时填充形成的隧道孔洞；焊接接头横截面硬度呈“W”形分布，搅拌区的硬度从铝侧→界面→镁侧逐渐降低；FSW焊接接头的抗拉强度最大可达94.5 MPa，伸长率为6.7%，断裂机理为金属间化合物的脆性断裂和金属基体镁/铝的韧性断裂。     

铝/钢异种金属电弧辅助激光对接熔钎焊方法

采用小功率TIG焊电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌钢ST04Z对接熔钎焊工艺试验,获得表面成形连续、美观的焊缝.采用SEM,EDS,XRD,拉伸试验机、显微硬度计对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,与单纯激光相比,电弧辅助激光热源改变了焊接过程的温度场分布,从而促进液态铝向钢侧的铺展,所得对接接头最大抗拉强度可达到163 MPa,约为5A06铝合金母材抗拉强度的74%,是激光焊接头强度的1.3倍.接头过渡层形成的金属间化合物以脆硬的Fe₂Al₅,Fe₄Al₁₃为主.拉伸断裂起始于脆性的金属间化合物层,终止于韧窝断裂.     

Effects of resistance spot welding parameters on microstructures and mechanical properties of dissimilar material joints of galvanised high strength steel and aluminium alloy

Abstract

Intermediate frequency resistance spot welding has been adopted to join dissimilar materials of H220YD galvanised high strength steel and 6008 aluminium alloy. The effects of welding current and welding time on microstructures and mechanical properties of the welded joints were investigated. A thin intermetallic compound layer composed of Fe₂Al₅ phase and Fe₄Al₁₃ phase formed at the steel/aluminium interface. The interfacial intermetallic compound layer has higher nanohardness compared with the aluminium alloy nugget and galvanised steel. With increasing welding current (4–11?kA) and welding time (50–300?ms), the nugget diameter increased, the interfacial layer structure became coarser and the tensile shear load of the welded joints had an increased tendency. The maximum tensile shear load reached 3309?N at 9?kA for 250?ms. Crack initiated at the interfacial intermetallic compound layer of the tensile shear specimens, then propagated through the interfacial layer principally, and meantime through the aluminium alloy fusion zone near the interface partially.     

LF6防锈铝与HR-2抗氢不锈钢摩擦焊接

通过试验研究了铝合金系列含镁量最高的LF6防锈铝与HR-2抗氢不锈钢异种材料摩擦焊接头的组织与性能,探讨了其摩擦焊接性。经焊前对焊接界面的特殊处理,清除了LF6与HR-2待焊接表面上的氧化膜,并采用以纯铝为介质的三元摩擦焊接工艺方法,避免或减少焊接界面上金属间化合物的生成,所焊接制品的抗拉强度可以达到或超过LF6防锈铝母材所要求的供货状态σb≥270MPa的技术要求。     

搅拌针长度对搅拌摩擦搭接焊铝合金/钢异种材料接头组织性能的影响

通过搅拌摩擦搭接焊接6061铝合金/QP980钢异种材料,讨论了搅拌针长度（1.5和2.1 mm）对焊接接头组织和性能的影响。结果表明,6061铝合金/QP980钢搅拌摩擦搭接焊接头分为3层结构：上层为铝合金层,中间层为Fe、Al及金属间化合物混合层状结构,下层为钢层。其中,当搅拌针长2.1 mm时,铝合金层含有散落的钢碎片。在中间层检测到2种金属间化合物,靠近Al的深灰色层为Fe₄Al₁₃相,靠近钢的是Fe₂Al₅相。随着搅拌针长度的增加,接头的失效载荷从4 kN降低到3 kN。短探针焊接的接头在接合界面处断裂,而长探针焊接的接头在铝和钢的混合区断裂。孔洞缺陷和钢碎片是导致断裂位置发生变化的主要原因。此外,嵌入铝基体中的铁屑在变形过程中起应力集中和裂纹萌生的作用,降低了接头的力学性能。     

辅助电流对Cu/Al大功率超声波焊接的影响

为获得更高质量的Cu/Al异质金属接头,开展了Cu/Al电流辅助大功率超声波焊接工艺试验,研究了辅助电流对Cu/Al超声波焊接的界面温度、材料塑性流动、界面中间相(IMC)分布及接头力学性能的影响。结果表明,复合焊件成型良好,其接头抗拉剪力为3030N,接头的断裂模式为韧性-脆性复合断裂。在同样的焊接时间0.2s内,随着电流的增大,Cu/Al界面温度增加,金属塑性流动以及界面扩散也随之增强,这说明辅助电流能明显促进界面冶金;相比长时间0.4 s的超声波焊接,辅助电流能在保证界面温度、材料塑性变形的前提下,能明显减薄界面IMC层的厚度,这是电流增强Cu/Al接头的主要物理机制。研究结果为优化Cu/Al复合焊接头强度提供了参考。     

高强铝合金的MIG以及激光MIG焊接工艺对比

以20 mm厚的2519-T87高强铝合金为研究对象,研究了熔化极惰性气体保护焊 (MIG焊)和CO2激光-MIG复合焊的焊接效率、组织以及力学性能之间的区别.结果表明,激光-MIG复合焊的焊接效率是MIG焊的5倍,焊接熔深更大,接头的抗拉强度也提高到母材的70%以上,而MIG焊接头抗拉强度仅仅只有母材的60%左右.由于复合焊的热输入比较小,而且熔池的熔融金属的流动情况以及温度梯度与MIG焊有很大的不同,复合焊的焊缝组织比MIG焊的更加细小,接头处的也没有发现MIG焊接头中出现的等轴晶区.     

Ti/Cu异种金属电子束焊接界面行为

为了获得高强度T2铜和Ti-6Al-4V钛合金异种金属接头,采用电子束焊方法开展试验,并对接头界面组织及力学性能进行了分析.试验在钛/铜熔钎焊接基础上,通过在高熔点钛侧复合二次焊接,构建钛/铜结合界面金属间化合物层的重熔温度场,进而实现钛/铜金属间化合物层的重熔改性.通过有限元温度场模拟及SEM,XRD等检测.结果表明,钛侧重熔焊接可在结合界面处形成1 000℃左右高温,金属间化合物层发生局域重熔.在随后凝固过程中,由于散热方向及元素再分配,相的形成顺序发生改变,钛原子向铜侧的扩散距离减短,高硬度相TiCu向Ti2Cu转变,相结构优化,最终接头强度得以提升.     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

镀锌钢/铝添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊研究

对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行了添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊实验研究,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制的电子万能试验机等手段研究了钢/铝焊缝的表面成形性、接头各区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相与接头力学性能。结果表明:添加中间夹层Cu、Pb,焊接接头的平均抗拉强度分别为49.44、73.51 MPa,伸长率分别为1.63%、2.37%,与未添加夹层相比,抗拉强度和伸长率提高,其中Pb提高效果优于Cu;不加夹层,钢/铝试样断口呈明显脆性断裂特征;加入夹层Cu,脆性断裂特征不明显;而加入夹层Pb,试样断口呈韧性断裂特征;添加夹层Pb,钢/铝界面连接处Fe、Al、Zn、Mg、Pb元素变化剧烈,混合区宽度大,新生成Mg2Pb金属间化合物的结构比FeAl金属间化合物稳定,能抑制脆性FeAl金属间化合物生成。这是添加夹层Pb明显改善钢/铝焊接接头力学性能的重要原因。     

Wettability,microstructure and properties of 6061 aluminum alloy/304 stainless steel butt joint achieved by laser-metal inert-gas hybrid welding-brazing

Laser-metal inert-gas (MIG) hybrid welding-brazing was applied to the butt joint of 6061-T6 aluminum alloy and 304 stainless steel. The microstructure and mechanical properties of the joint were studied. An excellent joint-section shape was achieved from good wettability on both sides of the stainless steel. Scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy and X-ray diffractometry indicated an intermetallic compound (IMC) layer at the 6061-T6/304 interface. The IMC thickness was controlled to be ～2 μm, which was attributed to the advantage of the laser-MIG hybrid method. Fe₃Al dominated in the IMC layer at the interface between the stainless steel and the back reinforcement. The IMC layer in the remaining regions consisted mainly of Fe₄Al₁₃. A thinner IMC layer and better wettability on both sides of the stainless steel were obtained, because of the optimized energy distribution from a combination of a laser beam with a MIG arc. The average tensile strength of the joint with reinforcement using laser-MIG hybrid process was improved to be 174 MPa (60% of the 6061-T6 tensile strength), which was significantly higher than that of the joint by traditional MIG process.     

镀锌钢一6016铝合金异种金属加入中间夹层铅的激光焊接

对1．2mm厚镀锌钢板和1．15mm厚6016铝合金平板试件进行了加入中间夹层铅的激光搭接焊试验,通过调整焊接工艺参数获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、x射线衍射、微机控制电子万能试验机等手段研究了焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、主要物相与接头力学性能．结果表明,在钢／铝激光焊中添加中间夹层铅,焊接接...