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.     

铝钢电磁脉冲焊接界面特性及金属粒子分布分析

为明确铝/钢电磁脉冲焊接过程金属粒子运动对界面连接性能的影响，基于金属粒子流形成机理，对界面形貌及抗剪强度进行分析.结果表明，金属粒子滞留界面造成铝局部熔化，钢粒子原位生成FeAl，形成未结合区；沿着焊接方向，分射流对铝板压入作用逐渐增大，形成冶金结合的界面，并伴有富铝金属间相，直缝区为FeAl+Fe₂Al₅，小波区为Fe₂Al₅+FeAl₃，大波区为FeAl+FeAl₃；铝钢焊接界面过渡区由塑变铝压入钢形成，铝侧焊缝的外边缘存在钢粒子，而钢侧焊缝存在熔融铝携带钢粒子，主要为FeAl+Fe₂Al₅+FeAl₃，且在焊缝内侧滞留了大量金属粒子，并以椭圆环的形式分布，在焊缝外侧，金属粒子滞落铝板表面造成凹坑，但在钢板表面为嵌入的片状铝；因此，在金属粒子滞留，并产生较多金属间化合物的位置成为剪切试验断裂源；通过波长公式调整搭接间隙，减少粒子滞留界面，椭圆焊缝断裂于铝材，提高了接头强度.     

7A52铝合金-钢异种结构CMT熔钎焊接头组织及镀镍层的行为与影响

以ER4043铝硅焊丝为填充金属,研究了Q235钢螺柱与7A52铝合金板CMT焊接工艺,在焊接电流115~135 A,电弧电压14.5~16.5 V,焊接速度0.3 m/min条件下,焊接过程稳定,焊缝成形连续美观.结果表明,7A52铝合金侧熔合区界面为熔焊特征,铝母材发生熔合,熔合良好;钢螺柱侧熔合区为钎焊特征,界面存在反应层,由靠近钢螺柱的Fe₂Al₅层和靠近焊缝侧的FeAl₃层组成,整体反应层厚度由根趾向焊趾方向逐渐减小.焊趾部位出现富镍区,主要由Al₃Ni的共晶组织及少量Al₃Ni₂组成.与无镀镍层焊缝比较表明,镀镍层在焊接过程的行为降低了界面反应层厚度,且通过形成富镍区,降低了接头的脆性,使接头抗剪切强度提高了15%~19%,最高达到146.9 MPa,满足了高强铝合金螺柱焊接的质量要求.     

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.     

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.     

焊接热输入对铝/镀锌钢CMT熔-钎焊接头组织与性能的影响

采用ER4043焊丝对5052铝/Q235镀锌钢进行CMT熔-钎焊,研究焊接热输入对接头组织及性能的影响.结果表明,焊缝熔宽、热影响区粗化程度、界面层硬度及厚度均随热输入的增加而增大,过热组织粗化导致拉伸试样在铝母材热影响区断裂.熔焊区组织主要为垂直于基底向焊缝中心生长的α-Al树枝晶及Al-Si共晶组织,钎焊区界面层厚度在2.55~6.86μm之间,铝侧界面主要为FeAl₃金属间化合物,呈凹凸不平锯齿状;钢侧界面平滑,主要为Fe₂Al₅(热输入较低时)或FeAl₂,FeAl(热输入较高时).     

Al-Si焊丝Al/Cu异种金属冷金属过渡熔钎焊接头显微组织与性能

利用A1Si_5焊丝作为填充材料对6061铝合金和T2纯铜进行冷金属过渡(Cold Metal Transfer,CMT)熔钎焊。通过拉伸试验评定搭接接头力学性能并采用SEM,EDS分析搭接接头的微观组织及化学成分,利用XRD进一步确定了钎焊界面产物。研究结果表明:送丝速度在6.5~7.5 m/min焊接时,焊接过程稳定,焊缝成形美观。搭接接头主要断裂在钎焊面处,最大拉剪载荷为154 N/mm。钎焊界面产物主要为CuAl,CuAl_2,厚度在150μm左右,显微硬度在400 HV0.1左右。钎焊界面处形成的脆硬金属间化合物是铝铜搭接接头断裂于钎焊面处的主要原因。     

铝合金/镀锌钢异种材料薄板的超声波点焊

为了实现铝合金和钢板的高效连接,对3003铝合金和镀锌钢板进行了超声波点焊. 研究了接头的显微组织特征、焊接参数对接头性能的影响以及焊缝区的温度变化过程. 结果表明,超声波焊接可以对3003铝合金与镀锌钢板进行有效连接;镀锌层被不规则挤出,铝合金与钢直接接触区形成了FeAl₃和Fe₂Al₅相;在一定范围内,随着焊接时间的增加,接头抗拉强度先增加后减小,其减小的原因是过长的焊接时间诱导显微组织演变;当焊接时间为240 ms,焊接压力为0.4 MPa时,获得接头的最大抗拉力为673.05 N;在文中试验条件下,焊接区最高温度达到390 ℃.     

奥氏体化过程中热冲压钢Al-Si镀层的组织演化

利用差示扫描量热仪、场发射电子探针和激光共聚焦显微镜研究了22MnB5热冲压钢奥氏体化过程中Al-Si镀层的组织演化。镀层板升温过程中,Al-Si镀层在570 ℃左右熔化;由于温度较低,Al、Fe、Si原子的扩散受到Fe₂SiAl₇阻挡。当温度升到610 ℃左右时,扩散到镀层的Al原子增多,使得Fe₂Al₅进一步生长;Si原子向基体和镀层外表面扩散,由于Fe₂Al₅溶解Si原子能力弱,因此在Fe₂Al₅晶界处形成一层沉淀物FeSiAl₂,其余的Si原子就扩散在镀层表面形成Fe₂SiAl₇。750 ℃时,Al原子扩散到基体中形成了Fe₃Al;镀层中的Fe原子增加使Fe₂Al₅和FeAl₂不断生长;由于Fe₂Al₅和FeAl₂相中Si原子的溶解度低,因此会在晶界处形成Fe₃SiAl₅沉淀物;与Fe₂Al₅、Fe₃SiAl₅、Fe₃Al相比,FeAl₂相的生长速度更快,所占Al-Si镀层整体体积最大,这是因为FeAl₂正交晶格中沿c轴的高空位率(30%)导致了FeAl₂相的生长动力学更强。     

基于SYSWELD的铝钢薄板CMT焊接温度场数值模拟

使用冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)焊对1 mm厚的6061-T6铝合金和Q235镀锌钢薄板进行了搭接焊试验,并使用SYSWELD有限元软件对铝钢薄板搭接焊的温度场进行了数值模拟,研究了焊接速度对铝钢异种金属CMT焊接温度场的影响。结果表明,焊接电流为68 A,焊接电压为10.9 V,送丝速度为3.9 m/min,焊接速度为0.56m/min时,焊缝成形较均匀。铝钢薄板搭接焊时,温度场偏向铝板一侧,呈非对称分布;在焊接电流、焊接电压和送丝速度相同时,焊接速度越高,热输入越小,焊缝越窄。     

Cu基药芯焊丝TIG焊TA1/Q235B接头微观组织和显微硬度

利用Cu基(Cu-Cr-Co-Ni)药芯焊丝对TA1/Q235B异种金属对接与搭接接头进行了TIG焊接试验. 通过SEM、EDS和XRD对接头微观组织进行了详细分析,通过显微硬度测试了接头的硬度分布. 结果表明,采用Cu基药芯焊丝进行TA1/Q235B TIG焊接,对接和搭接均得到了无缺陷的接头. 两种接头的焊缝与母材界面处组织分布类似,其中TA1侧主要由β-Ti固溶体、FeTi和CuTi₂化合物组成;Q235B侧主要由Fe,Cu基固溶体和Fe₂Ti化合物组成. 对接焊缝主要由Cu基固溶体,CuTi,FeTi,Cu₄Ti,τ₂和τ₃金属间化合物组成,而搭接焊缝主要由Cu基固溶体、τ₂和Cu₄Ti组成. 对接接头的平均硬度为449 HV0.1,搭接接头的平均硬度为335 HV0.1.     

铝合金与低碳钢异种金属材料的激光-压轮焊接

为了解决传统焊接方法焊接铝合金与低碳钢异种金属的焊接接头性能低下的问题,对低碳钢(steel plate cold rolled commercial,SPCC)与铝合金(A5052-H34)异种金属进行了激光-压轮焊接试验,并确定了最佳的焊接工艺参数.利用激光显微镜、电子探针显微分析仪(EPMA)硬度测试仪、拉伸试验机测试了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明,在接合界面处金属间化合物由具有一定塑性的金属间化合物和完全脆性的金属间化合物组成;接合界面处的金属间化合物的带宽约为8~10μm,此时焊接接头的抗剪强度达到最大值(210 MPa);而具有一定塑性的金属间化合物带宽基本保持不变,约为1.8μm.     

DP590镀锌双相钢CMT焊接接头显微组织及力学性能

针对汽车制造中薄板焊接质量问题及鉴于汽车行业对镀锌双相钢的大量需求,在弧长修正系数为0,送丝速度为3.0 m/min,焊接速度为400 mm/min的焊接工艺参数下,对1.0 mm厚的DP590镀锌双相钢进行了CMT搭接焊试验,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜与维氏硬度计等设备研究了焊接接头的显微组织与力学性能。试验结果表明,CMT焊接DP590镀锌钢能够得到成形良好的焊接接头。焊缝组织主要为板条马氏体,粗晶区由板条马氏体和少量铁素体组成,细晶区组织多为马氏体及少量贝氏体,不完全相变区中的铁素体含量增加,马氏体含量减少;焊接接头拉伸试验断裂位置在不完全相变区,属于塑性断裂,最大载荷为10.48 kN,与母材接近。焊缝平均硬度值最高,约为260 HV,不完全相变区显微硬度值最低,约为170 HV。该研究为DP590镀锌双相钢薄板CMT焊接提供工艺参考,对汽车轻量化生产制造具有重要的工程意义。 创新点： (1)针对汽车用钢薄板焊接的难点,提出具有低热输入焊接特点的CMT工艺。 (2)研究DP590镀锌双相钢CMT焊接接头显微组织及力学性能,研究结果可为工厂实际生产提供理论依据与数据支持。     

预镀层不锈钢/铝异种金属高频感应钎焊接头界面及力学性能分析

文中通过热浸镀一层纯铝到不锈钢表面,再对0Cr18Ni9不锈钢和LF21铝合金采用高频感应钎焊.当热浸镀时间从10 s增加到50 s时,镀层厚度从7 μm增加到20 μm,反应层由FeAl₃向Fe₂Al₅发生转变.在热浸镀温度为750℃,浸镀时间为10 s时,镀层成型最好,高频感应电流为270 A,加热时间30 s时,抗拉强度达到167.12 MPa,比不浸镀的接头强度高63.8%.主要是因为镀层限制钢中的Fe原子和Al-Si钎料中的Al,Si原子的相互扩散,在热浸镀不锈钢与铝合金反应中使Fe₂Al₅转化为Fe（Al,Si）₂固溶体而未形成5-Al₈Fe₂Si化合物,降低了界面上硬脆化合物的含量,力学性能随之提高.     

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.     

汽车车身用铝合金冷金属过渡点塞焊工艺分析

采用AlSi₅铝合金焊丝,冷金属过渡方法对汽车车身用6061铝合金进行了搭接点塞焊试验,研究了送丝速度、铝板孔直径、点塞焊时间对点塞焊接头焊点直径、焊核直径和拉伸载荷的影响.结果表明,送丝速度主要影响焊点直径的大小,点塞焊时间和铝板孔直径主要影响焊核直径和拉伸载荷.接头拉伸载荷主要取决于焊核直径的大小,焊核直径越大,拉伸载荷越大,与焊点直径关系不大.接头为典型的熔焊接头,焊缝主要由α-Al固溶体和Al-Si共晶相组成,点塞焊接头断裂方式为撕裂型断裂.