Al/Ti异种金属TIG熔钎焊接头界面行为及断裂行为

以TIG电弧为热源,Al Mg3焊丝为填充材料,采用BSE、EDS、XRD以及万能拉伸试验机对5052铝合金和Ti-6Al-4V钛合金的TIG熔钎焊接头界面行为及断裂行为进行了研究。结果表明:焊接电流显著影响铝/钛钎焊界面反应层的形态及厚度,进而对铝/钛焊接接头的力学性能产生显著影响。当焊接电流为75 A时,铝/钛钎焊界面形成锯齿状的Ti Al3反应层,在拉伸试验中,接头断裂发生在铝合金母材,最高抗拉强度达到185 MPa。     

钛/铝激光熔钎焊接头原位 TEM 拉伸断裂行为

对于钛/铝异种金属熔钎焊接头,钛合金侧界面金属间化合物层的形态、厚度对接头力学性能存在显著影响.传统微观组织表征 + 宏观力学性能测试的方法无法直观获得纳米尺度下裂纹的萌生及扩展过程.基于此,采用原位TEM表征技术,对钛/铝熔钎焊接头界面金属间化合物层处的拉伸断裂行为展开研究,阐明界面金属间化合物层对接头力学性能的影响规律.结果表明,金属间化合物层物相主要以TiAl相和TiAl₃相为主,在原位TEM拉伸过程中,焊缝熔合区铝合金晶粒内部容易发生位错塞积,裂纹倾向于在位错塞积处萌生扩展.界面层不是拉伸试样的薄弱区,试样倾向于在焊缝熔合区或钛合金侧发生断裂.     

铝/黄铜异种金属TIG填丝熔钎焊工艺

采用TIG熔钎焊进行5052铝合金和H62黄铜搭接,选用Al-12% Si药芯焊丝作为填充材料,并对接头微观组织和力学性能进行分析.结果表明,Al-12% Si药芯焊丝在黄铜母材表面润湿性较差,较难获得优质的熔钎焊接头.焊缝中黄铜侧界面层附近过渡区内铝含量较高,与部分熔化和溶解的黄铜母材形成了尺寸较大的条状AlCu金属间化合物相,严重影响接头力学性能.黄铜母材侧界面层由两层不同的金属间化合物相组成,从焊缝到黄铜母材分别为Cu₉Al₄和CuZn.拉伸试验中,试样断裂于黄铜侧过渡区或界面层,断口呈现解理断裂的特征.     

铝/钛异种金属填丝电子束熔钎焊接头组织与性能

采用填丝电子束熔钎焊对TA2纯钛和1060纯铝进行了焊接试验,分别对接头显微组织、相组成、抗拉强度和显微硬度进行了分析. 结果表明,采用填丝电子束熔钎焊可以实现纯钛与纯铝的有效连接,接头抗拉强度为98.8 MPa,达到铝母材的96.7%. 接头呈现典型的熔钎焊特征,由钛侧钎焊接头及铝侧熔焊接头组成. 熔钎焊界面存在Ti-Al金属间化合物层,其厚度小于2 μm,未对接头性能强度产生影响. 铝侧熔化区内存在散布的金属间化合物起到一定强化作用,显微硬度最低值位于铝侧热影响区内,拉伸断裂于该区域.     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以C02激光为热源，以A1Si12焊丝为填充材料，对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究，采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征，通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明：所得接头具有熔焊和钎焊双重性质，即铝母材局部熔化，为熔化焊，而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面；钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂，可分为2层，即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层；钎焊界面下部的金属间化合物层较薄；拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上，平均抗拉强度为298．5MPa。     

铝/钛异种金属冷金属过渡熔钎焊接头分析

以ER4043的铝焊丝对6061铝合金和TA2纯钛进行CMT熔钎焊,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分析了焊接接头的微观组织特征,并通过拉伸试验对接头进行了力学性能的评定. 结果表明,焊接接头具有熔焊和钎焊双重性质:铝母材局部熔化,与熔化的焊丝金属混合后凝固形成焊缝;而没有熔化的钛母材通过Ti原子的扩散与焊缝金属形成金属间化合物结合层的钎焊界面. 钎焊界面处反应层可分为靠近钛板一侧的连续层Ti₃Al和向焊缝内部生长的锯齿状的反应层TiAl₃. 当钛板坡口角度为30°时,钎焊界面化合物生长均匀良好,接头会断裂在铝母材的热影响区,最高抗拉强度达到197.5 MPa.     

Al6061/TA2异种金属冷金属过渡焊接性分析

以AlSi₅ 焊丝对6061铝合金和TA2纯钛进行CMT熔钎焊,采用SEM,EDS分析焊接接头的微观组织特征,并通过拉伸试验对接头进行力学性能评定.结果表明,焊接过程稳定,焊缝成形美观.所得到的焊接接头具有熔焊和钎焊两部分,其中局部熔化的铝母材与熔融的焊丝混合后形成焊缝,焊缝金属与微熔的钛母材形成三个钎焊界面.钎焊界面主要成分为TiAl₃金属间化合物,其厚度较薄.此外,界面附近还有一些随机分布的棒状的TiAl₃金属间化合物.焊接过程中,随着焊丝偏移量的增加,焊缝力学性能提高.参数优化后的接头抗拉强度较高,且断裂在铝热影响区.     

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头界面断裂行为分析

采用TIG电弧的方法实现了钛合金与铝合金熔钎焊连接,分析了不同焊丝形成的熔钎焊接头的界面组织和断裂特征.结果表明,纯铝接头界面为单一的TiAl3相,裂纹主要沿着TiAl3反应层与焊缝之间的界面扩展.拉伸时首先从坡口拐角启裂,当裂纹扩展至接头反面时,断裂扩展形式转变为从焊缝金属撕裂,接头抗拉强度为139MPa.添加Al-Cu-La焊丝的接头界面结构为TiAl3+ Ti2Al20La双化合物层,拉伸时沿TiAl3反应层与钛合金界面开裂,以界面内的微裂纹为裂纹源并向反应层内扩展,属于准解理断裂,接头抗拉强度达270 MPa.稀土La元素作用下形成的双化合物层是提高接头强度的关键.     

铝合金／镀锌钢TIG熔钎焊接头界面组织及力学性能

采用TIG熔钎焊进行了铝基钎料在镀锌钢板上的润湿铺展试验及铝合金与镀锌钢板的搭接试验,分析了钎料在钢表面的润湿铺展性,研究了接头界面组织,并测试了接头力学性能.研究结果表明,在1rIG电弧热源作用下铝基钎料在镀锌钢板上润湿铺展良好,钢板未熔化,润湿角<20°;获得了较好的铝合金与镀锌钢搭接接头,钢母材侧为钎焊连接,金属间化合物层厚度<9.0 um,从焊缝侧到钢侧金属间化合物经历了FeAl3-Fe2Al5+FeAl2→FeAl2+FeAl的转变,铝母材侧为熔焊连接,焊缝晶粒尺寸明显增大;搭接接头存在局部"未钎合"缺陷,成为裂纹根源,导致接头断裂在焊根附近的焊缝上,抗拉强度仅有90 MPa.     

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头温度场与界面微观组织

采用交流TIG焊电弧与AlSi12焊丝实现了TC4钛合金与LF6铝合金熔钎焊连接,通过有限元软件分析接头温度场,并利用扫描电镜观察接头钎焊界面的微观组织特征.结果表明,接头温度分布极不均匀,钛侧梯度大高温区窄,铝侧梯度小高温区范围广,冷却时高温区逐渐向钛侧偏移.当钨极正对钛钝边时,等温线平行于钎焊界面,温度分布均匀,有利于形成组织均匀的界面反应层.冷体熔钎焊加速了钎焊界面的冷却,降低了钛的溶解量,可抑制金属间化合物的生长.化合物层形貌由空冷时的锯齿状转变为胞状生长.     

Mechanisms of joining aluminium A6061-T6 and titanium Ti–6Al–4V alloys by cold metal transfer technology

Abstract

Cold metal transfer (CMT) welding–brazing joining of Ti6Al4V and Al A6061-T6 was carried out using AlSi₅ wire. The joining mechanisms and mechanical properties of the joints were identified and characterised by scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and tensile–shear tests. Desired CMT joints with satisfied weld appearances and mechanical properties were achieved by overlapping Ti on the top of Al. The joints had dual characteristics of a welding joint on the aluminium side and a brazing joint on the titanium side. Three brazing interfaces were formed for the joint, which increased the strength of the joint. An intermetallic compound layer was formed at the brazing interface, which included Ti₃Al, TiAl and TiAl₃. Two different fracture modes were also observed: one fractured at the welding/brazing interface and weld metal and the other at the Al heat affected zone (HAZ). Clearly, the joints fractured at the Al HAZ had higher tensile strength than those fractured at the welding/brazing interface and weld metal.     

钛/铝双面冷弧MIG组合熔钎焊接头组织和性能

采用SAl5183焊丝对TA2钛和5A06铝合金进行了双面冷弧MIG组合焊接.对接头厚度方向不同位置的Ti/Al界面组织特性进行了分析;并对接头抗拉强度进行了测试.结果表明,试验工艺获得的接头中,钛与焊缝形成了平直的结合界面,界面处未发现剥离、裂纹等缺陷.受焊接热输入影响,形成两种不同的Ti/Al界面:接头中上部钛与焊...     

铝/铜异种金属熔钎焊接头微观组织与力学性能

采用ER5356铝镁焊丝对1060纯铝与T2紫铜进行了脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊,并对接头宏观形貌、微观组织及力学性能进行了分析. 结果表明,在合适的焊接工艺参数下,可以获得成形美观、连续均匀、无缺陷的铝/铜异种金属接头. 焊接接头从铜侧以金属间化合物层、Al-Cu共晶体向焊缝过渡,金属间化合物主要由脆硬的Al2Cu相组成,而焊缝区主要由先析出的α(Al)固溶体以及从其晶界上析出的网状(Al)+S(Al2CuMg)/θ(Al2Cu)共晶组织组成. 随着焊接热输入的增加,金属间化合物层厚度明显增大,而焊接接头拉伸载荷先升高后下降,这与焊缝在铜母材上润湿铺展有关. 接头拉伸时,主要在铝母材热影响区和焊缝与铜母材界面处发生断裂.     

铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能

采用数字化脉冲MIG焊机,以ER4043焊丝为填充材料.实现了6013-T4铝合金薄板与镀锌钢板的熔-钎焊接,研究了焊接热输入对接头组织和性能的影响,结果表明,在熔-钎焊接头熔化焊缝焊趾处存在主要由Zn-Al共晶体、富A1的α固溶体和Fe3Al组成的富Zn区:钎焊界面上的Fe-Al金属间化合物层厚度在1.05-4.50μm之间.且随焊接热输入的增加而增大.Fe-Al金属间化合物呈"锯齿"或"舌"状向焊缝内生长,主要为FeAl₂,Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃.随着焊接热输入的增大,熔-钎焊接头的抗拉强度先增大而后减小.在850 J/cm的热输入下达到229 MPa,拉伸后在铝合金焊接热影响区发生断裂,为塑韧性断裂;当焊接热输入较小时接头在钎焊界面断裂,属于脆性断裂.     

微束等离子弧焊焊接不锈钢筛网的研究

不锈钢筛网是由不锈钢丝线编制而成,由于材料丝径细且界面多,焊接工艺上有一定的难度。TIG焊、激光焊、钎焊等焊接方法由于工艺、成本等原因都不是筛网焊接的最佳选择,而微束等离子弧焊具有拘束度高、能量密度高等特点,特别适合不锈钢筛网的焊接。实验中采用自主研制的微束等离子弧焊接系统,在主弧电流小于3A下,进行了不同焊炬高度和不同焊接速度的对接试验,最终取得了良好的不锈钢筛网焊接效果。在此基础上,分析了焊接速度和焊炬高度等因素对焊接质量的影响。     

颗粒增强SiCp/6061Al复合材料焊接接头组织与拉伸断裂行为

以颗粒增强SiCp/6061Al复合材料为试验材料,采用混合气体交流TIG(钨极氩弧焊)方法,填加4047铝硅焊丝,成功地实现了对焊焊接.利用光学显微镜分析复合材料在焊接热循环作用下,接头的热影响区组织变化;利用拉伸试验,研究了复合材料接头的力学性能;利用扫描电镜观察断口形貌,微观组织及成分.结果表明,复合材料焊接工艺要求比较苛刻,接头性能低于基材性能,焊缝处是复合材料焊接接头的最薄弱环节,增强相SiC颗粒的分布不均是导致接头强度降低的主要原因,断口形貌呈脆性解理断裂.     

400MPa球墨铸铁光纤激光-MIG电弧复合焊接头的断裂特征

采用填充308L不锈钢焊丝光纤激光-MIG电弧复合焊方法,焊接厚度为5mm的风电关键部件用400 MPa级球墨铸铁,获得了表面成形良好且熔透的焊缝,研究了MIG电弧热输入对接头拉伸性能和断裂特征的影响.结果表明,电弧热输入较小时,接头的拉伸性能差,断裂沿熔合线发生,断口为脆性断口;电弧热输入较大时,接头的拉伸性能较好,断裂自半熔化区顶部沿母材发生,断口顶部为脆性断口,底部为韧性断口.接头断裂特征的差异是由接头中焊缝和半熔化区底部莱氏体的量的不同导致的.基于以上研究,获得了抗拉强度为346.4 MPa、断后伸长率为5.4％,断裂发生在母材上的优质接头.     

光斑形式对Ti/Al异种合金激光熔钎焊特性的影响

采用椭圆形和矩形两种光斑形式对Ti/Al异种合金进行了激光填丝熔钎焊的试验研究,分析了不同工艺参数对焊缝成形的影响规律,获得不同热源作用方式下的界面形态规律及其对界面强度的影响.结果表明,采用椭圆形光斑和矩形光斑进行激光填丝熔钎焊均可获得较满意的焊缝成形.其中矩形光斑具有更好的焊接适应性,更容易控制焊缝成形.抗拉强度测试结果表明,椭圆形和矩形光斑接头的最高抗拉强度分别达到铝母材的75%和80%.     

Join Al–steel dissimilar metal by novel high frequency electric cooperated arc welding

ABSTRACT

A novel high frequency electric cooperated arc welding method (HFAW) was developed to join aluminium and steel of 3.0?mm thickness without groove. Owing to the skin effect and proximity effect of high frequency current, a part of welding heat was directly distributed all over weld side wall. Consequently, sound double-sided weld formation was achieved under a low MIG heat input and high welding speed. The average thickness of interfacial layer was limited to 2.3?µm. Benefitted from the balanced heat input and thin interfacial layer, the failure mode of the HFAW joint was necking at Al base metal. For traditional MIG joint, however, poor back weld formation and thick interfacial layer resulted in spontaneous fracture at interface.     

旁路耦合微束等离子弧热特性及焊缝成形特点

针对传统微束等离子弧焊中焊丝熔敷率与焊接电流不能解耦的局限,提出旁路耦合微束等离子弧焊方法.通过给外填焊丝添加一电流,使焊丝与焊枪钨极间产生一个旁路电弧,实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的解耦,确保熔化母材电流稳定的同时提高填充焊丝的熔化速度.对旁路耦合微束等离子弧焊的熔敷率、母材热输入及焊缝成形质量进行试验研究.结果表明,该方法既保持了传统微束等离子弧焊的优点,又在提高焊丝熔敷率的同时降低母材的热输入;并在其它焊接参数保持不变时,随旁路电流的增加,焊缝的熔宽、熔深和稀释率减小,余高和成形系数增大.