AZ31B/TC4填镍夹层激光-电弧对接熔化焊特性

为探求高界面反应温度下AZ31B/TC4异种合金的焊接冶金行为,开展了对1.5 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚TC4钛合金板材的对接焊研究。试验采用激光-TIG电弧双面焊焊接工艺,通过控制TIG焊电弧的偏移距离,调控激光与电弧复合热源的能量分布,获得更满意的焊缝成形;通过填镍夹层,改善界面润湿和结合能力。采用扫描电镜、金相显微镜、万能拉伸试验机分析了接头宏微观组织形貌和拉伸性能。研究结果表明:采用激光-TIG电弧双面焊接工艺,能够获得连续、美观、稳定的焊接接头成形,焊接接头的抗拉强度为153.7 MPa;焊接接头横截面呈"楔形"结合形貌,Mg/Ti界面实现熔化焊,钛合金镶嵌在镁合金中间,得到了冶金连接接头;镁/钛界面结合良好,没有裂纹、气孔等缺陷,镁合金铺展在熔化的"楔形"钛合金表面,增大了镁/钛界面的连接面积,进而提高了镁/钛界面的承载能力。     

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.     

双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟

采用光纤激光器作为焊接热源,对1.4 mm厚DP600双相钢和1.8 mm厚AZ31镁合金平板试件进行钢上、镁下搭接、钢/镁层间添加Sn箔的激光热传导焊试验,通过试验调整优化焊接工艺参数,获得最佳焊缝成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)的扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)等观察添加Sn箔钢/镁接头的显微组织、界面元素分布和相结构组成;利用ANSYS有限元软件,考虑材料物性参数的温度相关性、初始条件、边界条件等因素影响,建立钢/镁异种金属激光焊接非线性三维传导有限元模型,模拟计算钢/镁焊接接头的温度场分布。结果表明:添加Sn箔可实现钢/镁之间的有效连接,焊接模式为激光热传导焊,模拟计算获得熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证采用高斯体热源模型用于模拟双相钢/镁合金焊接接头温度场的合理性;由于添加Sn箔减缓从上层钢板向下层镁合金的热量传递,起到一定程度的隔热效果,利于熔沸点差异大的钢、镁同时熔化,此外上层钢侧冷却速度降低,延长钢板与Sn箔中Fe、Sn元素的相互扩散时间,导致钢/镁界面中钢侧过渡区域生成FeSn、Fe_(1.3)Sn、Fe_3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成Mg_2Sn相。因此,添加Sn箔有助实现双相钢/镁合金异种金属的有效连接。     

激光离焦量对镁/钢异种金属激光-TIG复合焊的影响

采用激光-TIG电弧复合对接填充镁合金焊丝的形式连接镁/钢异种金属。焊后进行拉伸试验和扫描电镜测试,主要研究不同激光离焦量条件下镁/钢接头的成形、截面形貌、力学性能、断裂位置及界面元素分布。结果表明:随着激光离焦量的增加,在焊缝正面的铺展宽度逐渐增大,而背面的铺展宽度逐渐减小,镁/钢对接界面底部的结合变差,焊接接头所能承受的最大拉伸载荷逐渐减小,最大载荷为离焦量+2 mm的接头,拉伸载荷可达3 367 N(断裂在钢母材侧),断裂形式随离焦量增加由韧窝断裂转变为脆性断裂;对界面分析可知性能最好的+2 mm离焦量接头界面出现Al元素富集的过渡层,实现镁/钢之间冶金连接,而当离焦量大于+6 mm的接头下部界面出现未熔合缺陷。     

胶层-镍箔辅助激光焊钢/镁接头组织与性能

采用钢板在上、镁板在下且添加胶层-镍箔辅助的激光焊接技术,对厚度1.4 mm的DP590双相钢和厚度1.5 mm的AZ31B镁合金进行焊接, 基于热力学计算选择添加箔片元素,分析接头焊缝形貌、显微组织与力学性能,并对接头熔池温度场和流场进行数值模拟. 结果表明,激光功率1 800 W,焊接速度30 mm/s,离焦量为 + 2 mm,流量为15 L/min的氩气保护的工艺条件下,添加镍箔实现了镁/钢冶金连接,同时添加胶层和镍箔,与单一添加镍箔相比,接头平均抗剪强度提高1.73倍;添加胶层,焊缝连续光滑, 镁侧熔池的熔化宽度增大,钢/镁横向结合面积增加,熔池温度梯度降低,熔池流动速度提高,促进了界面元素相互扩散和冶金反应,因此钢/镁接头性能得到大幅提升.     

AZ31镁合金激光-MIG复合焊接接头组织和疲劳性能研究

为了提高AZ31镁合金激光-MIG复合焊接接头的可靠性,本文开展了10mm厚AZ31镁合金组织和疲劳性能研究,分析了复合焊接接头的组织、硬度及疲劳性能。结果表明:镁合金激光-MIG复合焊缝形貌呈V型,焊缝热影响区较小,焊缝区为细小的等轴晶组织,且电弧区晶粒大小大于激光区,焊接接头软化区小。镁合金激光-MIG复合焊接接头沿焊接方向疲劳性能呈现出"先减后增,而后再减"的变化规律。     

低功率YAG激光-TIG电弧复合焊接镁合金薄板工艺

以2 mm厚AZ31B变形镁合金薄板为研究对象开展低功率脉冲YAG激光-TIG电弧复合热源焊工艺研究,分析了激光与电弧的能量匹配对焊缝成形的影响规律.结果表明,镁合金薄板低功率YAG激光-TIG电弧复合热源焊接过程中,激光能量与电弧能量之间的相互匹配将直接影响焊缝的表面成形,获得理想焊接接头的工艺参数区间相对较狭小.为使焊缝成形均匀连续,焊接过程中需要对焊缝背面采用氩气进行保护,当保护气体流量为5～10 L/min时获得了具有最佳性能的焊接接头,其拉伸载荷达到镁合金母材的95%以上.     

AZ31镁合金/镀锌钢异种金属TIG熔钎焊接头组织与力学性能研究

以AZ31B镁合金焊丝为填充材料,采用TIG熔钎焊工艺对AZ31B镁合金板与镀锌钢板进行连接。采用光学显微镜、SEM、XRD、万能拉伸试验机等检测方法研究了焊接电流对AZ31B镁合金/镀锌钢熔钎焊接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:采用TIG熔钎焊工艺可以实现AZ31B镁合金与镀锌钢的可靠连接,接头具有典型的鱼尾纹特征。当焊接电流较小时,镁/钢界面有大量孔洞生成,接头结合强度较低;当焊接电流大于75A时,镁/钢界面有Mg_(32)(Al,Zn)_(49)、Al_2Mg和Al Fe_3等金属间化合物生成,镁/钢接头具有最大的抗拉强度210 MPa;随着焊接电流继续增大,镁/钢界面的脆性反应层逐渐增厚,接头力学性能有所降低。     

AZ31镁合金激光自熔焊工艺及接头的性能

采用对接激光自熔焊方法焊接4mm厚的AZ31镁合金,通过微观组织分析和力学性能测试研究了激光自熔焊工艺参数对镁合金激光焊接头焊缝成形、组织以及力学性能的影响.试验结果表明:采用试验范围内的工艺参数,可以获得焊缝成形良好、无明显焊接缺陷的接头.焊接速度从3 m/min增大到3.9 m/min,焊缝尺寸和接头抗拉强度变化较...     

AZ31B镁合金/镀锌钢板电阻点焊接头形成机理

针对2.0 mm厚的AZ31B镁合金以及1.0 mm厚的SPHC镀锌钢板,采用KDWJ-17型三相次级整流电阻焊机进行焊接试验,通过光学金相、扫描电镜等方法分析接头各区域的组织结构和成分分布.提出了镁锌低熔点化合物挤压机制,分析了Zn元素在镁合金和镀锌钢板电阻点焊中的作用.结果表明,Zn与Mg元素形成的低熔点化合物MgZn₂在电极压力的作用下能填满由于焊接变形引起的间隙,使反应界面密封,促进Fe,Al元素在界面发生处扩散,Fe与Al元素在界面处发生反应生成Fe₂Al₅化合物,从而形成高强度的镁合金与镀锌钢板的电阻点焊接头.     

镁/钢异种合金激光深熔钎焊工艺特性

以AZ31镁合金和Q235钢为研究对象,采用激光深熔钎焊的方法进行工艺试验,获得了具有熔焊和钎焊双重性能的复合型接头.同时,利用光学显微镜、扫描电镜和拉申试验机对焊接接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,在接头界面的上部,液态镁合金对碳钢产生部分溶蚀作用,导致碳钢微量熔化;在接头界面的中下部,未见碳钢的熔化,熔...     

AZ31镁合金与钢异种金属的焊接技术

采用电阻点焊作为热源,进行AZ31镁合金与Q235钢的直接连接。通过扫描电镜、金相显微镜以及万能实验机分析与测试镁-钢点焊接头的微观组织、界面特性以及拉剪性能。研究表明,虽然镁和铁之间几乎不能互溶和形成金属间化合物,但氧和铝元素在镁合金-钢直接电阻点焊中起决定性作用,在镁-钢界面某些区域促进了以镁、铝、氧以及铁元素组成的复杂元素扩散层的形成,而镁、钢之间物理性能的巨大差异在一定程度上限制了界面反应的均匀性,接头拉剪强度约为40 MPa。     

Influence of holding time on microstructure and shear strength of Mg alloy/steel joint diffusion bonded with Zn－5Al interlayer

The diffusion bonding of AZ31B Mg alloy and Q235 steel was investigated with a Zn-5Al alloy as interlayer and under different holding time ranging from 3 to 1 200 s.The microstructure and phase compositions of bonded joints were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD) methods.The shear strength of Mg alloy/steel joints was measured by tensile tester.It was found that the microstructure of bonded joints evolved dramatically along with the prolongation of holding time.Under the holding time of 3 s, the main part of joint was composed of MgZn2 phase and dispersed Al-rich solid solution particles.When increased the holding time more than 60 s, the excessive solution of AZ31B into the interfacial reaction area led to the formation of coarse phase and eutectic microstructure, and also the complex Fe-Al and Mg-Al-Zn IMCs at transition layer closed to Q235 steel side.According to the tensile testing characterizations, the joints obtained under holding time of 3 s exhibited the best shear strength of 84 MPa, and the fracture occurred at the intermediary part of joint where the flexible Al-rich solid solution particles could help to impede the microcrack propagations.With prolonging the holding time to 600 s, the shear strength of joints was deteriorated enormously and the fracture position was shifted to the transition layer part closed to Q235 steel.     

旁路分流MIG电弧熔钎焊接镁/钢异种金属接头特性

以AZ31镁合金与Q235镀锌钢板为研究对象,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊接工艺试验,在获得稳定可靠的焊接过程和美观的焊缝成形的同时,实现了镁/钢异种金属的可靠连接.同时采用金相显微镜,高速摄像机和拉伸试验机对焊接接头的组织、熔滴过渡过程以及力学性能进行观察与分析.结果表明,焊接过程中熔滴的排斥过渡增加了熔滴过渡的时间,使得熔滴润湿铺展更为均匀,且保证了界面层元素的充分结合.拉伸试验表明,焊接接头的抗拉强度达133 MPa,约为母材强度的70%,接头断裂发生在镁合金焊缝处,呈韧性断裂的形貌特征.     

镁-裸钢板异种金属冷金属过渡熔钎焊连接机理

以AZ61镁合金焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金/Q235裸钢板进行冷金属过渡熔钎焊试验研究,分析不同工艺参数对焊缝成形和力学性能的影响. 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:随着送丝速度的增加,接头最大抗拉载荷先升高后降低,当焊缝宽度较大时,断裂易发生在镁的热影响区,其最大抗拉载荷可达6 kN以上;焊缝及镁合金中的Al原子通过焊接过程扩散到界面上形成很薄的Fe-Al相反应层,从而实现了镁、裸钢板的有效连接.     

激光-TIG复合热源焊接参数对镁/钢异种材料焊接接头的影响

采用激光-TIG复合热源的焊接方法对镁和钢异种材料进行焊接,探讨了焊接工艺参数包括激光功率、激光离焦量、焊接速度以及TIG焊接电流对焊缝抗拉强度的影响.结果表明,在焊接过程中,随着激光功率的增大、焊接速度的减小,焊缝抗拉强度随之增大;随着激光离焦量的增加,焊缝抗拉强度呈现先增大后减小的特点;而TIG电流的变化对焊缝抗拉强度影响不大.试验证明,在合适的工艺参数下,能够得到成形良好、力学性能优良的镁/钢异种材料的焊接接头,并且在焊接过程中,激光对镁和钢的连接起主要作用.     

AZ31B镁合金/镀锌钢无匙孔搅拌摩擦点焊结合方式

采用无匙孔搅拌摩擦点焊和真空扩散焊对AZ31B镁合金和DP600镀锌钢板进行搭接点焊试验,利用扫描电镜、能谱仪及拉伸试验对无匙孔搅拌摩擦点焊接头与真空扩散焊接头进行微观组织及力学性能的对比分析.结果表明,镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头结合方式为机械结合与冶金结合共同作用,冶金结合表现为:镁钢界面发生扩散生成由Mg、Fe、O形成的金属间化合物,镁合金中的合金元素与铁生成金属间化合物,机械结合表现为:钢像“钉子”一样插入到镁合金基体中,且在镁钢结合界面处,两种金属呈锯齿状咬合,接头抗剪切载荷平均可达10.36 kN,而只存在单纯扩散结合方式的真空扩散焊接头抗剪切载荷平均仅为2.5 kN.通过两种接头对比分析可知,机械结合对接头力学性能的贡献远远大于冶金结合,其接头结合方式以机械结合为主.     

镁/镀锌钢板CMT熔钎焊连接机制分析

采用CMT焊对AZ31B镁合金和HDG60镀锌钢异种材料进行熔钎焊.在试验中,采取了搭接焊的方式,通过调整焊接参数得到最佳焊接成形.使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDAX)、电子探针、X射线衍射(XRD)及拉伸试验对焊接接头微观连接机制及性能进行研究.结果表明,镁和镀锌钢能够形成良好的搭接接头.焊接接头可以分成焊缝区、结合界面、熔合区.结合面主要有Al,Zn,Mg三种元素,主要相有Al₁₂,Mg₁₇,Mg₂Zn₁₁,Al₇Zn₃及少量的MgFeAlO₄复合氧化物.Zn和Al元素对镁钢连接起着关键作用,Zn在焊接接头形成过程中仍有一定的流动作用.在拉伸试验中,焊接接头试样几乎都断裂在熔合区,抗剪强度可达218 MPa.     

镁和钢搅拌摩擦焊接头组织分析

采用搅拌摩擦焊对镁合金(AZ31B)和钢(Q235)异种材料进行焊接,通过优化工艺参数获得最佳成形接头,并采用光学显微镜对接头显微组织进行观察,通过SEM沿板厚方向分析焊核与钢侧界面不同位置的微观形态.结果表明,镁/钢连接紧密,焊核勺子状区与镁侧分界面明显,晶粒较母材晶粒明显长大;钢侧热力影响区受机械和热的复合作用,组织不均匀,既有等轴晶组织也有条状组织,镁侧热力影响区不明显;镁热影响区晶粒粗化较钢侧严重.接头横截面钢侧显微硬度距离焊核越近硬度值越高,焊核硬度分布不均,局部区域硬度很高,最高为324.7 MPa,镁侧硬度值较均匀.