脉冲激光焊接铝/钢异种金属的研究进展

铝/钢复合结构具有强度高、耐腐蚀、质量轻等优点,是汽车制造、航空航天等行业最受关注的实现轻量化设计的方案之一。然而,铝合金与钢的物理和化学性能严重不匹配,很难通过传统熔焊技术实现连接。脉冲激光焊接技术具有热输入控制精准、加工速度快、灵活性高、能量密度高等优点,在焊接铝/钢异种金属上存在着更大的优势。从脉冲激光参数、脉冲激光复合焊接、对焊接母材进行预处理等多个角度梳理了国内外脉冲激光焊接铝/钢异种金属的研究进展,并给出了铝/钢脉冲激光焊接技术仍需开展的工作,旨在为后续相关研究提供参考。     

铝硅镀层钢激光填丝焊接接头组织和性能

对铝硅镀层热成形钢进行激光填丝焊接试验,研究填充焊丝对焊接接头显微组织、力学性能及拉伸失效机制的影响. 结果表明,在激光自熔焊条件下,焊缝中平均Al元素含量为1.90%(质量分数),显微组织为马氏体和粗大的δ铁素体,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别为1 340 MPa和1.80%,因δ铁素体与马氏体之间存在显著的硬度差(142 HV),拉伸时裂纹源于δ铁素体和马氏体之间的相界面. 在激光填丝焊条件下,焊缝平均Al元素含量降低至0.96%,由于填充焊丝对铝的稀释作用使得焊缝为全马氏体组织,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别提升至1 510 MPa和4.4%. 因填充焊丝同时对焊缝中的碳也有稀释作用,焊缝中马氏体硬度(491 HV)低于母材中马氏体(523 HV),拉伸时裂纹于马氏体内部萌生并扩展,最终断裂于焊缝.     

钢/铝异种金属激光胶接焊

采用光纤激光器对1.4 mm厚的DC56D+ ZF镀锌钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行了加入胶层的激光搭接焊试验,分析了焊接接头的微观组织、断口形貌和力学性能,研究了不同工艺参数对钢/铝胶接正面与横截面焊缝形貌的影响.结果表明,在激光功率为1650 W,焊接速度35 mm/s,离焦量+3.0 mm,氩气为保护气体且流量为20 L/min的最佳工艺条件下,加入胶层,焊接试样正面焊缝均匀连续,无气孔、裂纹缺陷,钢/铝连接良好;焊接接头抗剪强度与平均剪切力分别为41.45 MPa和1.04kN,力学性能并没有因为胶层的加入而减弱,焊缝区断裂形貌为韧性断裂与准解理断裂的混合形貌.     

铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相焊接方法,在异种材料连接方面有广阔的应用前景。本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供了依据。采用搅拌摩擦焊,异种金属铝-钢可以实现连接,但工艺参数选择范围较小,钢置于前进边时,铝-钢更易连接。由于铝一钢物理性能的差异,二者流动状态不同,焊核两侧呈现不同结构,接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。     

X80/X100异种钢激光-MIG复合焊接头显微组织和性能

采用激光-MIG复合焊对X80管线钢和X100管线钢进行焊接,研究了激光功率对复合焊接头的焊缝形貌、显微组织、硬度、强度和韧性的影响规律.结果表明,激光功率从2.0 k W增大至3.5 k W时,盖面焊缝熔宽和熔深增加,激光区熔深明显增加;激光区焊缝中AF含量增加、LB含量减少,X100侧粗晶热影响区和细晶热影响区中条状贝氏体含量减少,X80侧粗晶热影响区和细晶热影响区中准多边形铁素体含量增加.复合焊接头硬度分布并不对称,最高硬度出现在X100侧熔合区部位.复合焊接头的抗拉强度基本不随激光功率变化,拉伸试样断裂位置均为X80侧母材.随着激光功率增大,焊接接头最高硬度和韧性均下降.     

TC4/TA15异种钛合金激光焊焊缝的显微组织和高温力学性能（英文）

研究不同焊接工艺参数条件下TC4/TA15异种钛合金激光焊接接头的显微组织和高温力学性能。结果表明:TC4/TA15异种激光焊焊缝熔合区由含针状α’马氏体的粗化β柱状晶组成,热影响区主要由初始α相和β转变相组成,TA15侧热影响区的宽度窄于TC4侧热影响区的宽度。TC4/TA15异种接头的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而降低,高温拉伸强度从高到低的顺序为TA15母材>异种接头>TC4母材,800°C时塑性变形程度最高。TC4/TA15异种接头横截面的最高显微硬度位于焊缝中心,热处理后接头的显微硬度整体降低,但硬度分布特征未发生改变。异种接头的高温拉伸断裂均发生在TC4母材侧,并在拉伸过程中发生明显颈缩,微观断口呈现韧性断裂特征。     

Ti对SiCp/6092铝基复合材料激光焊焊缝组织和性能的影响

采用不同厚度的Ti箔作为填充材料对SiC_p/6092铝基复合材料进行激光焊接,分析不同含量Ti元素对焊缝组织和焊接接头力学性能的影响. 结果表明,Ti箔的加入可以有效改善熔池流动性,从而减少焊缝区的工艺型气孔. 同时,填加Ti箔可以避免激光直接照射在母材上引起的低熔点元素烧损. 在激光的照射下,Ti箔完全熔化并与在热传导作用下部分熔化的母材金属发生冶金反应,Ti元素含量过少时,界面反应得不到有效抑制,焊缝中仍分布有大量的脆性相,Ti元素对焊接接头的力学性能改善不明显;Ti元素含量过多时,Ti元素在熔池中未能扩散开,富余的Ti元素与Al元素反应生成Al₃Ti. 过分长大的Al₃Ti呈片状,将对接头的力学性能不利. 因此,向熔池中加入适量Ti元素有利于改善熔池冶金反应,从而提升接头力学性能,焊接接头的最大抗拉强度可达206 MPa.     

316L不锈钢薄板脉冲激光焊工艺参数及接头组织特征

研究了0．1 mm 316L不锈钢薄板脉冲激光焊工艺参数特征，分析了接头的组织和力学性能。结果表明：0．1mm 316L不锈钢薄板脉冲激光焊时适宜用小电流、大脉宽、高速度、高频率；焊缝中心为细小的等轴晶，边缘是细小的柱状晶；焊接接头的抗拉强度可达到母材的95％，伸长率可达到母材的85％。     

铝铜异种金属冷压焊及其焊缝接头显微组织和性能

研究了铝铜异种金属冷压焊的焊接工艺,对铝和铜的焊接性能及冷压焊的焊接特点进行了分析.用冷压焊进行了铝铜异种金属对接接头的焊接试验,并对冷压焊的焊接工艺参数的选择进行了试验和分析.对焊接接头的显微组织、抗拉强度、抗弯强度、电阻性能、耐温度变化性能及接头耐高温性能进行了试验和分析,其结果为铝铜异种金属焊接在电气产品中的使用提供了依据.     

脉冲激光频率对差厚拼焊钢板焊接接头组织和性能的影响

本文采用Nd：YAG脉冲激光器对1．0mmM170P与0.7mmDC06差厚异种材料进行拼焊试验,重点研究脉冲激光频率对焊接接头组织和性能的影响。试验结果表明,随着脉冲激光频率的增大,差厚拼焊接头的凹陷明显减少而且焊缝的过渡更加光滑均匀;焊缝中心区组织为较为粗大的多边形铁素体和少量磷化物和TiN颗粒,而M170P侧热影响区主要为较细小铁素体和少量粒状贝氏体组织,DC06侧热影响区主要为粗大的柱状铁素体组织;焊接接头各区域中铁素体的平均晶粒尺寸随着激光脉冲频率的提高呈逐渐增大的趋势。焊接接头的显微硬度均在M170P-侧的熔合区出现最高值,拉伸试验结果均断裂在DC06薄钢板一侧,脉;中激光频率较高时得到焊缝的杯突试验开裂位置在DC06母材。     

Ni/Si中间层对铝/钢激光焊接头组织与性能的影响

研究了以Ni箔以及预置Si粉的Ni箔为中间层的铝/钢异种金属激光焊行为. 系统考察了不同激光功率下预置Si粉的Ni箔中间层对铝/钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响. 结果表明,加入预置Si粉的Ni箔做复合中间层时,与只添加Ni箔片做中间层时相比,焊接接头的最大剪切力明显提高,其中激光功率为2 150 W时焊接接头的最大剪切力提高至1 307.96 N;Si粉的添加增加了熔池的流动性,并使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生了改变;焊缝区生成了Fe-Si及Al-Si二元新相,有效抑制了Fe-Al二元脆性相的生成,改善了铝/钢的焊接性. 因此,预置Si粉的Ni箔复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种金属激光焊过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能.     

工艺参数对Ni/Cu复合中间层下的铝/钢激光焊接接头显微组织与性能的影响

研究激光参数和中间层材料对6061铝合金与不锈钢焊接接头显微组织和性能的影响.结果表明,以0.05 mm铜箔和0.1 mm镍箔为中间层,改变激光功率可以优化焊接接头的致密度和组织;在铝合金附近发现大量新的Cu-Al二元相,有效地抑制Fe-Al二元脆性相的形成.当激光功率为2200 W时,最大剪切力为1350.96 N;...     

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl₃金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe₂Al₅金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.     

重熔摆动激光焊修复TC4钛合金焊接接头组织和性能

采用摆动激光焊对TC4钛合金焊接接头进行重熔,研究摆动频率对TC4钛合金焊接接头气孔、组织及力学性能的影响。结果表明,重熔摆动激光焊可有效消除TC4钛合金焊接接头中存在的气孔缺陷;随着摆动频率的增加,气孔的消除效果增强,且大气孔的消除效果变得更加明显。重熔摆动激光焊接头的焊缝组织为针状的α’马氏体和部分α相,热影响区组织由初生α相、针状α’马氏体及β相组成。随着摆动频率的增加,激光对熔池的搅拌作用增强,焊缝晶粒破碎逐渐细化,而热影响区晶粒生长变得更加有利,导致晶粒逐渐粗大。摆动频率的增加使焊接接头组织发生变化,进而导致焊接接头性能发生变化。随着摆动频率的增大,TC4重熔焊接接头的焊缝硬度上升,热影响区硬度逐渐下降,且焊接接头的拉伸性能呈现下降趋势。当摆动频率增加到120 Hz和150 Hz时,断裂区域由母材转变为热影响区。     

基于BC-MIG焊的铝/钢异种金属增材制造工艺

以2 mm厚Q235镀锌钢板为基板,直径1.2 mm的4043铝合金焊丝为增材材料,利用BC-MIG焊工艺进行增材试验,得到了成形美观,性能优良的T型材结构. 采用金相显微镜、显微硬度仪、万能拉伸试验机对接头的组织形貌、硬度分布、剪切性能进行研究,获得了沉积层的组织和力学性能的变化规律. 结果表明,沉积层最底部靠铝一侧和靠钢一侧分别形成细长针状和带状Fe/Al化合物,沉积层中部由向上生长的树枝晶组成,而在沉积层顶部的组织没有定向生长的趋势. 剪切试验表明,铝/钢异种金属T型材最大可承受2 108 N的剪切力,剪切角达到13.5°时,受力一侧堆焊层根部发生断裂,堆焊层上无明显裂纹.     

焊后热处理对T92/HR3C异种钢接头组织和力学性能的影响

以Inconel 82焊丝为填充金属,采用手工钨极惰性气体保护焊对T92/HR3C异种钢进行焊接,经焊后热处理后,采用光学显微镜、透射电镜对接头各区的微观组织进行表征,并对接头的室温拉伸性能进行测试。结果表明,接头T92钢热影响区(HAZ)由板条马氏体和部分等轴亚晶粒组成,板条晶界上存在连续的M₂₃C₆碳化物,晶内碳化物溶解;HR3C钢HAZ组织表现出较高的热稳定性;焊缝金属由较粗大的奥氏体枝晶和M₂₃C₆碳化物组成,同时存在一定量的位错;接头室温拉伸断裂发生在HR3C钢侧熔合区附近的焊缝,呈现为韧性断裂。     

焊后热处理温度对G115/T92异种钢接头组织及力学性能的影响

利用钨极氩弧焊(GTAW)和手工电弧焊(SMAW),采用767、774、790℃3种焊后热处理温度对G115/T92异种钢进行焊接试验,并利用光学显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机、冲击试验机等对焊接接头的显微组织及力学性能进行研究。结果表明:接头焊缝、热影响区均为典型的回火马氏体组织,T92钢侧熔合线附近δ-铁素体的体积分数分别为0. 3%、0. 1%、0. 1%。随着焊后热处理温度升高,显微硬度、室温强度降低,焊缝冲击吸收能量增大,室温强度和冲击吸收能量均符合母材标准要求。室温拉伸断裂均发生在T92钢侧母材,650℃高温断口位于T92钢侧不完全相变区。推荐焊后热处理温度为(770±5)℃,偏上限控制。     

铝合金激光-MIG双面焊接接头组织和性能研究

针对16mm厚1561铝合金(俄罗斯牌号),采用不开坡口无间隙的双面激光-MIG复合焊接工艺,并研究焊接接头的拉伸性能、显微硬度和微观组织。结果表明,采用较大的激光功率使双面焊道交叉面积增大,有利于减少焊道根部缺陷,提高拉伸性能;接头中存在着基体相α-Al和第二相Fe(Mn Al)6,第二相经焊接热循环重熔后弥散分布,其中单独激光作用区弥散度最高;焊缝硬度在激光单独作用区相对于母材升高,而在激光-电弧复合作用区相对于母材降低,这与焊缝显微组织中的第二相数量和形态密切相关。     

1060铝TIG焊焊接接头组织和性能分析

对4 mm厚1060铝进行了钨极氩弧焊(TIG),焊后研究TIG接头的显微组织和力学性能。结果表明,钨极氩弧焊接头组织表现出明显的铸态组织,且靠近熔池的柱状晶沿母材向对接中心线显著长大。力学试验表明,TIG焊接头的抗拉强度约为母材的57%,延伸率约为母材的58%。接头的断裂形式为混合型断裂;接头的显微硬度最低值出现在热影响区,该区是接头的薄弱环节。接头的弯曲断裂集中在熔合线处,弯曲角度较小。焊接接头的冲击韧性优于母材。     

2219/5A06异种铝合金焊接接头组织与性能相关性

采用脉冲VP-TIG焊接方法,对5.5 mm厚2219-T87和5A06-H112铝合金进行了异种铝合金对接试验,分析了接头组织及力学性能. 结果表明,焊接接头显微组织存在明显差异,5A06侧热影响区为等轴晶,2219侧热影响区的板条状组织发生粗化,焊缝由等轴晶构成. 2219侧熔合线附近存在细小等轴晶带和气孔缺陷,小角度晶界比5A06侧熔合线附近更少,导致拉伸过程中易沿2219侧熔合线附近发生破坏. 拉伸过程中试样沿2219侧熔合线附近最大应变处断裂.接头抗拉强度分别达到2219、5A06母材的63.6%和75.3%,断后伸长率分别达到2219、5A06母材的30.5%和29.8%.