铝合金和镀锌钢异种金属CMT焊接性分析

针对汽车工业中铝合金和镀锌钢板的轻量化结构制造,利用正交试验法对铝合金与镀锌钢薄板搭接件进行了异种材料冷金属过渡(CMT)熔钎焊连接,研究了工艺参数、焊丝成分以及镀锌层厚度对焊缝表面成形和接头力学性能的影响.铝/镀锌钢板CMT熔钎焊的接头为典型的搭接接头,在整个焊接过程中,硅和锌很好的起到了促进熔化的铝在钢板表面润湿和铺展的作用.通过试验得出理想的工艺参数,可以得到良好的焊接接头.     

铝钢冷金属过渡焊接界面的组织特征及热力学分析

采用冷金属过渡(CMT)技术,以4043 Al Si5焊丝为填充材料,分别在Q235钢板和镀锌钢板上进行点焊。使用扫描电镜、能谱分析研究了焊接接头的显微组织,并从热力学角度分析了界面结构形成机理。结果表明:无论基板采用镀锌钢还是Q235钢,在界面处均会观察到富Si层,其形成符合热力学条件;铝-Q235钢、铝-镀锌钢在较大热输入的情况下两者都可以达到较好的润湿性;其中镀锌钢板中的镀锌层不能起到改善铝-钢润湿性的作用,其主要作用在于蒸发带走热量而相对降低界面上的热输入。     

4043/6061铝合金-Q235钢的反应润湿行为与前驱膜形成机制

铝在钢表面的润湿行为及润湿性直接关系到热浸铝工艺所制备涂层的质量。采用座滴法在高真空条件下研究了熔融4043和6061铝合金分别在Q235钢表面的润湿行为及界面结构。结果表明:4043/6061铝-Q235钢为典型的反应润湿体系,且润湿性随着温度的升高而改善。反应过程中生成的金属间化合物替代基板表面的氧化膜,形成洁净的界面进而促进熔滴铺展。铝合金化学成分不同导致界面结构不同,进一步导致铺展动力学规律不同,其中6061和4043铝合金在Q235钢表面润湿的活化能分别为86 k J/mol和8 k J/mol。6061铝合金中Mg的挥发可以还原钢表面的氧化膜,使铝熔滴更容易润湿钢板并形成前驱膜,其形成机制为"皮下渗透机制"。4043铝合金中的Si在固-液界面有较高的亲和力,因此在反应层出现了明显的Si富集。     

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.     

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).     

冷金属过渡条件下镁-钢的润湿动力学特征及界面结构

研究了冷金属过渡条件下AZ61镁合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面润湿的动力学特征,同时利用扫描电镜观察和能谱分析考察了界面微观结构.结果表明,镁合金在钢表面的最终润湿性随送丝速度的增加而变好,其中镀锌层蒸发带走热量进而相对降低了界面上的热输入,导致界面反应变弱,润湿性变差;在镁-镀锌钢界面上形成了Al-Fe金属间化合物层和脆性的Mg-Zn共晶层,导致界面结合较弱;在不同送丝速度下,镁在裸钢表面的熔滴过渡更为有效,镁-镀锌钢中镀锌层对润湿的动力学特征影响较小,两者的动力学特征都与温度依赖的毛细力相关.     

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.     

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.     

Q235钢镀锌层对钢/铝合金搅拌摩擦点焊接头性能的影响

通过在Q235钢板上电镀不同厚度的锌层,研究镀锌层厚度对钢/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头性能的影响。利用拉剪试验、光学显微镜、扫描电子显微镜等分析手段对钢/铝合金异种金属搅拌摩擦点焊接头性能进行了分析。结果表明,镀锌层厚度在8~12μm的Q235镀锌钢与6061铝合金形成的点焊接头拉剪力较高。     

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.     

冷金属过渡下熔融铝合金在钢板上润湿铺展的数值模拟

采用Fluent软件对冷金属过渡条件下第一个周期内熔融铝合金在Q235钢板上润湿及凝固进行了分析和研究,得出温度场对金属凝固的影响和两者对熔滴润湿铺展能力的影响,以及不同初始参数对熔融铝合金在Q235钢板表面润湿行为的影响.结果表明,熔融铝合金首先在三相线处开始凝固,这与温度场的分布相一致;已凝固的金属对熔融铝合金的铺展起到一定的阻碍作用;随着初始温度的增加湘线附近局部凝固的固柏体减小,熔融铝合金在Q235钢板上表现出好的润湿性.     

不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s.     

低熔合金粉末对药芯银钎料钎焊过程的影响

为克服高锡含量的AgCuZnSn钎料因脆性大而难以加工成形的问题,借鉴药芯焊丝的理念,设计了添加CuSn合金粉粉芯的复合药芯银钎料,研究了粉芯中添加质量分数30%～70%Cu60Sn40合金粉对药芯银钎料的润湿性、紫铜/Q235钢钎焊接头组织、界面显微硬度及抗拉强度的影响。结果表明,钎焊过程中芯部CuSn合金粉和外层BAg30CuZnSn原位反应合成高锡含量的AgCuZnSn钎料,获得了成分均匀,结合良好的接头。随着药芯粉芯中合金粉含量的升高,复合药芯银钎料在紫铜板及Q235钢板上的润湿面积不断增大,Cu/Q235钢钎焊接头显微硬度不断升高,抗拉强度呈现先升高后降低的趋势。当药芯粉芯中CuSn合金粉的质量分数为30%时,Cu/Q235钢钎焊接头的抗拉强度取得最大值(198.91 MPa),提高了23.4%。     

红壤中变电站接地网金属材料的腐蚀行为分析

采用扫描电镜 (SEM)、能谱 (EDS) 和X 射线衍射 (XRD) 等技术对红壤中变电站接地网服役长达13 a的镀锌扁钢进行了形貌分析和腐蚀产物分析。结果表明,该镀锌扁钢受到严重腐蚀,腐蚀产物主要由FeOOH,Fe₃O₄和Fe₂O₃等组成,腐蚀产物分层的原因是新生成的腐蚀产物沉积在金属/腐蚀产物层界面或腐蚀产物开裂处,同时S和Cl对内层腐蚀产物具有较大的影响。Tafel测试结果表明,在腐蚀电流峰值附近,SO₄^2-与Cl^-的百分比为1∶2时,两者对镀锌Q235碳钢在该红壤中的腐蚀性影响具有等效作用。通过室内加速实验模拟镀锌Q235碳钢在该红壤中的腐蚀发现,镀锌Q235碳钢的腐蚀速率呈现先增大后减小的规律,该加速实验在未改变镀锌Q235碳钢腐蚀机理的同时具有较好的加速效果。     

AZ31B/Q235激光诱导电弧填丝焊连接界面分析

利用激光诱导TIG电弧复合热源,通过添加AZ61镁合金焊丝,开展了1.6 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚Q235低碳钢板材对接焊研究.分别采用扫描电镜、电子探针、万能拉伸试验机、金相显微镜等仪器进行分析测试.结果表明,采用激光诱导电弧双面填丝焊接工艺,能够获得成形美观、连续的焊缝,焊接接头平均抗拉载荷为3.13 kN.连接界面包括两部分:镁与钢的对接界面为熔化焊接,主要以界面元素扩散为主;远离对接面的接头上下界面为镁合金在钢基体的润湿铺展连接.焊接接头断裂路径表明,连接界面发生的元素扩散是实现镁合金与钢高性能连接的关键.     

Microstructure and Properties of Lap Joint Between Aluminum Alloy and Galvanized Steel by CMT

Lap joining of 1-mm-thick Novelist AC 170 PX aluminum alloy to 1.2-mm-thick ST06 Z galvanized steel sheets for automotive applications was conducted by cold metal transfer advanced welding process with ER4043 and ER4047 filler wires. Under the optimized welding parameters with ER4043 filler wire, the tensile shear strength of joint was 189 MPa, reaching 89% of the aluminum alloy base metal. Microstructure and elemental distribution were characterized by optical metalloscope and electron probe microanalysis. The lap joints with ER4043 filler wire had smaller wetting angle and longer bonded line length with better wettability than with ER4047 filler wire during welding with same parameters. The needle-like Al-Fe-Si intermetallic compounds (IMCs) were spalled into the weld and brought negative effect to the tensile strength of joints. With increasing welding current, the needle-like IMCs grew longer and spread further into the weld, which would deteriorate the tensile shear strength.     

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.     

稀土锌铝合金在热镀锌钢管上的应用

为了降低锌耗,提高热镀锌钢管的防腐性能,增加经济效益,长春钢管总厂采取了在热镀锌液中加入微量稀土锌铝合金的方法。介绍了稀土锌铝合金镀管工艺流程,合金镀管镀层均匀性检验与盐雾检验的结果,并作了经济分析。通过应用稀土锌铝合金,可改善镀层合金金属的流动性,使镀层减薄 18％～ 20％,锌耗下降 10％,耐腐蚀性能提高 1～ 2倍,吨管节锌 8.2kg。