基于激光——MIG复合热源的5A02铝合金/镀锌钢熔——钎焊

基于激光--MIG复合热源焊接技术实现了5A02铝合金/镀锌钢异种金属板材的优质、高效熔-钎焊接,并对焊缝的成形、接头性能及微观结构作了分析.分析结果表明,该焊接技术可以实现5A02铝合金/镀锌钢的高速熔-钎焊接,最高焊接速度可达5 m/min,焊接接头中镀锌钢母材未发生熔化,铝焊缝与镀锌钢母材为钎焊连接;焊接接头的抗拉强度可达153.1 Mpa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的75.7%,接近于该铝合金熔化焊接头的强度;拉伸试验中试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区,接头的断裂主要是塑性断裂,但有脆性断裂的痕迹.对接头的组织和结构进行分析表明:焊缝钎接界面处生成了一薄层Al-Fe金属间化合物,化合物层的平均厚度约为1.51μm,生成的金属间化合物主要为Fe3Al、FeAl2、Fe2A15、FeAl3,并且在这些化合物的周围会产生Si元素的富集.     

电弧辅助铝/镀锌钢涂粉激光熔钎焊界面特性与性能

采用钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊辅助激光熔钎焊方法,实现了5A06铝合金/镀锌钢异种金属涂粉的对接熔钎焊连接,观察分析对接接头焊缝成形、界面微观结构,并测试接头的力学性能。结果表明:选择合适的焊接参数,采用电弧辅助激光熔钎焊方法能够得到良好的铝/镀锌钢对接接头,辅助电弧使得铝合金母材的熔化量显著增多,提高了液态金属在钢背面的润湿铺展,促进了铝/镀锌钢对接接头底部的界面反应。钎焊界面上反应形成不均匀分布金属间化合物层,厚度为3~12μm,其厚度随着焊接电流的增加而增大。通过能谱(Energy dispersive spectrometer,EDS)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,一种为向镀锌钢基体内生长的呈锯齿状的Fe2Al5,另一种为向焊缝侧生长的呈絮状的Fe4Al13。随着焊接电流的增大,熔钎焊接头的抗拉强度先增大后减小,接头的抗拉强度最高可达163 MPa。接头的底部和焊缝/镀锌钢对接面的下部为连接的薄弱环节,容易成为断裂的源头。与单一激光熔钎焊相比,采用此方法可增加液态金属对母材的润湿铺展能力,获得力学性能良好的熔钎焊对接接头。     

铝/镀锌钢薄板异种金属CMT熔钎焊接头组织与力学性能

采用冷金属过渡方法对铝合金和镀锌钢板进行了熔钎焊连接,使用扫描电镜、能谱分析和拉伸试验分析了接头的截面形貌、组织特征、焊接缺陷及力学性能。试验结果表明,铝合金和镀锌钢能得到成形美观、性能良好的搭接接头。对焊缝金属的组织特征分析表明,焊接接头由熔化区、中心界面区、过渡界面区和富锌区组成,在焊缝金属和镀锌板的界面区形成厚度为3～4μm的金属间化合物层(主要成分为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5和FeAl3),富锌区由富铝的固溶体和残留的锌组成。在进行拉伸试验时,断裂发生在热影响区,接头强度为204MPa。     

气载钎剂辅助钢/铝激光熔钎焊工艺与组织

为解决钢/铝异种金属熔钎焊过程中液态金属铝在固态钢表面润湿性差的问题,提出一种气载钎剂辅助钢/铝异种金属激光熔钎焊的新方法。采用不锈钢与5052铝合金作为母材,分别进行激光填丝与无丝搭接熔钎焊试验。研究焊接线能量对接头润湿角、接头力学性能的影响,分析有无焊丝情况下接头典型微观组织。结果表明,气载钎剂辅助不锈钢/铝合金异种金属激光熔钎焊能有效解决液态金属在不锈钢表面的润湿铺展性问题。填丝搭接熔钎焊得到的接头润湿角最小值为37°,接头拉伸强度最大达到132.8 MPa,约为铝合金强度(211.7 MPa)的62.7%;无丝搭接熔钎焊得到的接头润湿角最小值为18.8°,接头拉伸强度最大达到109.2 MPa,约为铝合金强度的51.6%。在填丝、无丝焊接时,钢侧界面均会形成Fe2Al5与Fe Al3两层金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs)。     

基于电子束热源的钒合金/不锈钢连接技术研究

采用电子束熔化焊、电子束熔-钎焊和电子束阻隔熔化焊方法来实现钒合金与不锈钢异种金属之间的连接。研究发现钒合金与不锈钢连接界面处产生的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键因素。采用电子束直接熔化焊时,接头界面会产生贯穿性裂纹导致焊缝直接断裂。电子束熔-钎焊中利用熔化的不锈钢润湿未熔化的钒合金母材,有效控制了液-固界面反应,实现冶金结合。在钒合金与反应区形成厚度20?m的扩散层,在接头中未发现有金属间化合物σ相的产生。电子束熔钎焊接头的抗拉强度达到200 MPa。在电子束阻隔熔化焊中采用Ag作为中间层添加元素,很好地抑制了V/Fe界面的金属间化合物的产生,显著提高了接头性能,接头抗拉强度超过400 MPa。电子束熔-钎焊和阻隔熔化焊得到的钒合金/不锈钢异种金属焊接接头焊缝正反面成形良好,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷。     

6061铝合金/Q235镀锌钢冷金属过渡熔钎焊接头的显微组织及拉伸性能

采用冷金属过渡(CMT)熔钎焊工艺对6061铝合金和Q235镀锌钢异种材料进行了对接焊,并对焊接接头的显微组织和拉伸性能进行了研究。结果表明:焊接接头表面成形质量良好;焊接接头由熔化区、热影响区和界面层等3部分构成;熔化区组织由α-Al固溶体和铝硅共晶组织组成,热影响区组织较母材的发生了粗化,界面层形成了金属间化合物(IMCs),界面层厚度约为8μm,且界面层向熔化区单向生长;6061铝合金母材侧的焊接热影响区的硬度最低(42HV),界面层的硬度最高(365HV);对接接头的抗拉强度为161 MPa,约为6061铝合金的0.69倍,抗拉强度明显高于搭接接头的。     

钢铝异种金属的低能量焊接法

传统电弧焊法焊接钢铝异种金属时,会在过渡区生成Fe-Al金属间化合物层,其硬度高、韧性低,降低了接头性能。基于机械作用的低能量电弧焊接方法,在短路期间采用机械作用促使熔滴过渡,热输入量低,可有效抑制金属间化合物的晶体长大,该种工艺可以采用常规4047焊丝实现铝和镀锌板的焊接。对焊缝金属的金相分析表明,钢一侧为钎焊,铝一侧为熔焊。通过金相及扫描电镜观察发现,在焊缝金属和镀锌板的界面区形成的金属间化合物层,主要成分为Fe2Al5和FeAl3,金属间化合物层的厚度减小到3～4 μm。在界面区主要含有3种元素,分别为Fe、Al和Si,没有Zn元素。拉伸试验表明,焊缝接头在铝合金热影响区断裂,且强度值高于铝合金母材强度的70%,接头强度基本满足使用要求。     

铝/钛异种金属的电子束熔钎焊

铝与钛的双金属结构具有广阔的应用前景,由于两种材料易形成氧化膜,物性差异很大且极易形成Ti-Al金属间化合物,连接难度非常大。基于电子束热源的熔-钎焊技术通过熔化低熔点的铝合金来润湿、钎接高熔点的钛合金,有效地控制界面反应,抑制金属间化合物地生成与长大,对焊缝的成形、微观组织结构以及接头性能进行分析,结果表明:利用电子束熔钎焊技术实现Al/Ti异种金属焊接接头的平滑过渡,焊缝正反面成形良好;Al和Ti这两种元素在焊接过程中都向对方基体中进行扩散,形成1.0～1.6 mm宽度的反应区,在TC4侧形成厚度为20～40μm的过渡层,5A06侧形成大量弥散分布的块状Ti-Al金属间化合物,实现5A06铝合金/TC4钛合金异种金属的冶金结合;焊接接头的抗拉强度达到180 MPa;焊缝无裂纹、气孔缺陷。     

铝合金/钢异种材料熔钎焊接工艺及其研究现状*

铝合金/钢复合结构以具有重量轻、综合性能高等优势在汽车、航空航天、石油石化、电力、船舶等行业具有广泛的应用前景。但二者之间巨大的理化性能差异,使铝合金/钢板异种金属的焊接仍然存在诸多问题。熔钎焊接工艺是基于母材之间存在的熔点差异,通过精确控制焊接热输入,在确保高熔点母材不熔化的前提下,让低熔点母材和填充金属熔化形成熔焊接头,并与未熔化的高熔点母材形成钎焊连接接头,是适合铝合金/钢复合结构优质高效制备的合适焊接工艺。通过对国内外对铝合金/钢熔钎焊接工艺、接头组织性能调控等方面研究现状的综合评述,讨论了铝合金/钢熔钎焊接技术存在的问题,并对铝合金/钢熔钎焊接技术工程化应用所采取的措施进行阐述。     

镁和钛异种金属冷金属过渡焊接接头微观组织及力学性能的分析

采用冷金属过渡焊接技术,对AZ31B镁合金、工业纯钛TA2异种金属熔钎焊焊接性进行探索研究,从焊接接头的微观组织、元素分布状况研究其连接机理。结果表明:冷金属过渡焊接技术是一种适用于镁、钛异种金属连接的有效方法。通过在过渡区和结合面形成新相可以实现镁、钛的有效连接。焊接接头的焊缝区主要由镁的固溶体?-Mg,骨架状的镁铝金属间化合物Mg17Al12,以及颗粒状分布的Mg17Al(Zn)12组成。镁钛结合面主要靠钛和铝的金属间化合物Ti3Al,以及镁铝金属间化合物Mg17Al12和Mg17Zn12连接。同时,焊接过程中Ti原子以及Al原子的扩散对其结合也有一定的影响。因此,焊接过程中必须保证足够的热输入量,以确保钛母材的熔化及钛、铝原子的扩散,从而提高其结合强度。     

铜箔中间层对铝/钢异种金属激光对接焊接头质量的影响

采用添加铜箔中间层方式对08Al钢与5083铝合金进行激光对接焊试验,试验过程中将光斑偏向钢一侧。以焊缝成形质量为标准,获得了最优的焊接工艺参数组合。采用金相显微镜和扫描电镜分析铜箔中间层对界面处熔合情况、元素分布及焊缝各区域微观组织结构的影响。研究结果表明,当光束偏移距离为0.4 mm,离焦量为0 mm,激光功率为2 kW,焊接速度为10 mm/s,保护气He流量为15 L/min时焊缝表面连续、平整,无飞溅、夹杂和咬边等缺陷,背部熔透均匀,焊缝成形质量最佳。添加的铜箔中间层形成铝和钢之间的过渡桥梁,使对接面处铝/钢物理性质过渡平缓,有效降低了界面处液态金属的温度梯度和热传递速度,液态熔池的高温停留时间延长使得下部金属获得更多的有效热量,熔化量显著增加。焊缝截面形状从T形转变为两头宽中间窄的近似X形,界面处熔合线呈现不规则的弯曲状,铝/钢相互咬合,连接紧密。铜箔中间层抑制了Al元素向钢侧焊缝的扩散,铁素体晶粒内第二相粒子明显减少。铝/铜/钢接头断裂形式为解理断裂和准解理断裂相混合,界面处生成了(Fe,Cu)4Al13、(Fe,Cu)2Al5和CuAl2脆性相,是限制接头强度提升的主要原因。     

送丝速度对5052铝合金与304不锈钢电弧熔钎焊接头性能的影响

针对5052铝合金与304不锈钢电弧熔钎焊对接焊接,研究了送丝速度对接头组织结构及力学性能的影响。借助光学显微镜(OM)观察铝/钢接头的宏观形貌,使用扫描电镜(SEM)分析其接头微观形貌。研究发现,在最优送丝速度为1210 mm/min时,接头焊缝中气孔数量减少,且在界面处有致密金属间化合物层(IMCs)形成,其平均厚度为6.1μm。在拉伸载荷下,送丝速度为1210 mm/min时获得平均接头抗拉强度为170.6 MPa(约为铝合金母材强度的81.2%)。接头断裂路径发生在焊缝处,断裂方式是以韧性断裂为主的复合型模式。     

热输入对铝合金/不锈钢双丝冷金属过渡熔钎焊接头组织及性能的影响

采用双丝冷金属过渡(CMT)熔钎焊工艺对5083铝合金和304不锈钢进行对接焊试验,在保证焊缝成形良好的条件下,研究了焊接热输入对接头金属间化合物(IMC)层厚度和拉伸性能的影响,并与单丝CMT熔钎焊接头进行对比。结果表明：双丝和单丝CMT熔钎焊接头焊缝获得良好成形质量的热输入范围分别为213.8～486.0,379.6～590.6 J·mm^-1;双丝CMT和单丝CMT熔钎焊接头界面处的IMC均为FeAl₃相;随着热输入的增加,单丝或双丝CMT熔钎焊接头IMC层厚度增加,抗拉强度降低;单丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为9.59μm,此时接头的抗拉强度最大,为76 MPa,而双丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为3.36μm,此时接头的抗拉强度最大,为109 MPa。     

铝-钢异质金属双光束激光焊接IMC层迁移行为及对界面性能的影响

利用双光束激光熔-钎焊焊接方法开展了AA7075/DP590异质金属的连接,通过改变激光功率等焊接工艺发现熔钎焊接头显微组织中存在金属间化合物(Intermetallic compound, IMC)层脱离铝-钢界面整体迁移进入焊缝内部的特殊现象,迁移现象位于激光直接作用区域,数值模拟发现激光直接作用下的熔池剧烈流动驱动了IMC的迁移。对迁移部分IMC层物相表征分析发现,近铝-钢界面处发生迁移的IMC层形貌呈致密平板状,与铝-钢界面处IMC层相似,由η相组成;迁移深入焊缝内部的IMC层内有裂纹、断裂产生,由θ相组成,裂纹处存在铝焊缝组织长入,发生迁移的IMC层内部存在η相与θ相的过渡区。拉伸结果表明,IMC层迁移现象的出现会削弱焊接接头铝-钢界面处的强度,这是因为界面初生的IMC层薄弱,止裂能力差,所以控制IMC层迁移有利于提高接头力学性能。     

铝合金与高强钢激光-电弧焊铆复合连接机制研究

为实现6061铝合金和Q460高强钢的优质连接,采用激光诱导电弧复合热源对已通过阶梯型铆钉实现预连接的6061铝合金板和Q460高强钢板进行搭接焊试验。分析焊铆复合连接方法下接头的力学性能,断裂模式以及横截面的宏观和微观形貌。结果表明,在铆钉和复合热源的共同作用下,焊铆复合连接接头由3个承载区域组成,分别为钢板和铆钉形成的对接接头,钢板,铆钉以及铝合金板形成的铝-钢连接区以及铆钉侧壁和铝合金板侧壁形成的铝-钢界面。铝-钢连接区的金属间化合物以富Fe的Fe Al相和Fe3Al相为主。在最佳工艺参数下,焊铆复合连接接头的拉剪载荷达到6.2 k N。拉伸断口呈现出纽扣式断裂、母材基体断裂以及拉拔式断裂3种断裂模式,后两种断裂具有更高的韧性和塑性。阶梯型铆钉和激光-电弧复合热源的协同作用可以实现铝合金和高强钢的优质连接。     

镀锌量对低合金钢/5052铝合金感应静压焊接头微观组织与力学性能的影响

运用感应静压焊接技术制备了三种不同镀锌量低合金钢与铝合金的搭接接头，研究不同镀锌量对感应静压焊接头界面连接状态、微观组织形貌以及力学性能的影响规律。结果表明，三种不同镀锌量搭接接头连接界面较平直，连接质量良好。接头中间界面区由靠近钢侧的Fe₂Al₅和靠近铝侧的FeAl₃组成。对比三种不同镀锌量接头微观组织发现，Zn元素能改善钢铝界面初始润湿机制，强化低合金钢与铝合金之间的连接效果，提高搭接接头力学性能。当使用镀锌量为140 g/m²的低合金钢板进行焊接时，在焊趾位置发现了明显的富锌区缺陷，导致接头剪切性能急剧下降。低合金钢板与铝合金的搭接接头的剪切性能随着镀锌量的增加呈现出先提高后降低的趋势，挑选厚度适中的镀锌层对提高接头力学性能具有重要意义。     

镍铝青铜焊丝进行镁/镀锌钢板点焊的焊接性分析*

以镍铝青铜焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金/镀锌钢板进行冷金属过渡点塞焊试验研究,分析镁板上孔直径对镁钢点塞焊接头力学性能的影响.并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理。研究结果表明：使用镍铝青铜焊丝能够得到焊缝美观的镁/镀锌钢异种金属的连接接头。镁/钢板焊接接头的焊缝主要由α-Cu和CuAl₂组成,熔合区由镁的固溶体α-Mg以及Al₂Cu₃Mg₂和Mg₂Cu混合的金属间化合物组成。镁板上孔的直径对镁钢接头性能有很大的影响。随着镁板孔径的增大,镁钢点塞焊接头的最大抗拉载荷先增大后减小,且当镁板孔径为5 mm时接头的最大抗拉载荷达到最大为3.4 kN。焊缝金属和镁母材的连接处即熔合区存在大量脆性金属间化合物,使得镁/钢接头整体力学性能较差。     

6061-T6铝合金/SPCC冷轧钢激光熔钎焊特性研究

针对2 mm厚的6061-T6铝合金与SPCC冷轧钢板,采取填丝激光熔钎焊方法,研究预涂钎剂、坡口角度、坡口形貌、钎料成分对熔钎焊接头的组织成分及力学性能的影响。结果表明,预涂Nocolok钎剂可以显著改善钎料的润湿性能;在钢母材侧预制60°坡口比预制45°坡口时的激光熔钎焊接头力学性能更好;当对钢母材预制60°坡口时,在激光功率、焊接速度、送丝速度、离焦量、光斑中心的偏移距离分别为3.1 k W、0.5 m/min、2 m/min、-8 mm、+0.6 mm时,以Al-Cu焊丝作为填充钎料,界面形成短须状的Fe-Al金属间化合物层,厚度在5～8μm,Cu元素以置换Fe元素的方式固溶在Fe-Al金属间化合物相中改善其脆性,接头的平均及最大抗拉强度分别为147 MPa、159 MPa;以Al-Mg焊丝为填充钎料时,界面形成锯齿状的Fe-Al金属间化合物层,厚度在8～12μm,Mg元素仅聚集在脆性相外侧,对Al-Fe脆性相的生长无明显抑制作用,在激光功率为3 k W时,接头的平均抗拉强度为118 MPa;以Al-Si焊丝为填充钎料时,界面形成小锯齿状的Fe-Al金属间化合物层,厚度在3～4.5μm,Si元素将固溶在Fe-Al金属间化合物相中抑制其生长,在激光功率为3 k W时,接头的平均抗拉强度为129 MPa。     

添加不同合金粉末激光熔钎焊铝/钢异种金属接头的组织与性能

预涂分别富含硅、镁、锰、硼、锌元素的五种合金粉后,对不等厚5A06铝合金板和ST04Z镀锌钢板进行了激光熔钎对接焊,研究了焊接接头的显微组织、拉伸性能和耐腐蚀性能。结果表明:接头界面处形成了金属间化合物层,近镀锌钢侧形成的金属间化合物主要为Fe_2Al_5,近铝合金侧形成的主要为FeAl_3,预涂富含硼的合金粉得到的金属间化合物层最厚;接头均在焊缝处发生以韧性断裂为主,脆性断裂为辅的混合断裂,预涂富含硅的合金粉得到的接头的抗拉强度最大;预涂富含锰的合金粉焊接后,接头的耐腐蚀性能最好,预涂富含镁、硅、锌的合金粉焊接后,耐腐蚀性能依次降低,腐蚀易发生在金属间化合物层与铝合金界面处。     

不同坡口面角度镀锌钢/铝合金激光熔钎焊接头的界面组织和拉伸性能

采用ER4043焊丝对6061-T6铝合金板和AISI 1045镀锌钢板进行激光熔钎焊,铝合金板的坡口面角度为30°,钢板的坡口面角度分别为30°和60°,研究了钢侧钎焊界面的显微组织和微区成分,测试了接头的拉伸性能.结果表明:钢板坡口面角度为60°时接头在焊趾和焊根处的钎焊界面处均形成富锌区,并出现微孔洞,其他区域界面处形成了连续的金属间化合物层;钢板坡口面角度为30°时接头仅在焊趾处形成富锌区,整个钎焊界面处均形成了连续的金属间化合物层;在2种接头中,钢板坡口面下部区域的金属间化合物层厚度均较大,并且钢板坡口面角度为30°时接头中的金属间化合物层厚度大于钢板坡口面角度为60°时的;钢板坡口面角度分别为30°,60°时,接头的平均抗拉强度分别为120.3,151.7 MPa,拉伸断裂均发生在钢/焊缝界面处,均为解理断裂.