V/Nb复合中间层对NiTi合金/不锈钢异种金属激光焊接接头微观组织及力学性能的影响

为避免NiTi合金与不锈钢焊接时Ti-Fe及Ti-Ni等脆性金属间化合物的形成,采用V/Nb复合中间层与双道激光焊接的方法对NiTi合金与301SS异种金属进行焊接,并对接头的显微组织和力学性能进行分析,揭示其连接机理。试验结果表明,由于未熔化V和Nb的存在成功阻碍了熔池中NiTi合金和301 SS的混合,抑制了接头中Ti-Fe及Ti-Ni等脆性金属间化合物形成,接头的最高抗拉强度达到280 MPa。第一道焊接形成的Fe/V界面为熔化焊连接,而第二道焊接则形成了V/Nb和Nb/NiTi两个连接界面,V/Nb界面为熔化焊连接,Nb/NiTi界面为接触反应钎焊连接。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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)。     

铝合金/黄铜异种金属电弧熔钎焊

采用Zn-15%Al实芯焊丝开展了铝合金/黄铜TIG熔钎焊搭接试验,并对接头力学性能、显微组织和界面层成分进行了测试分析。测试结果发现,焊态下,接头抗拉强度为164MPa;热处理后,接头抗拉强度为160MPa。分析结果表明,热处理后焊缝中的枝晶组织长大,部分柱状晶从界面层脱落进入焊缝,恶化了接头性能。界面层中的金属间化合物主要由CuZn5相组成,以柱状晶向焊缝生长。     

5056铝合金/镀锌钢预置涂粉激光熔钎焊组织及性能研究

针对铝/钢焊接的技术难点,采用预置金属粉末的方法,对5056铝合金与ST04Z镀锌钢板进行CO2激光搭接熔钎焊,分析熔钎焊接头成形、接头连接界面的显微组织及其力学性能。结果表明,选择合适的焊接参数,涂粉后能够实现铝合金与镀锌钢的优质连接;熔钎焊接头没有明显的针状Al-Fe金属间化合物向熔化区析出,且过渡层最大厚度小于10μm,在熔化区边缘和熔化区与铝合金结合处熔钎焊根部出现两个富Zn区,Si、Zn、Mn、Mg等元素与Fe和Al或直接形成化合物,或形成固溶物,抑制了Al与Fe直接接触形成脆硬的金属间化合物;接头拉伸试样断裂形式有母材热影响区断裂和焊缝处断裂两种,焊缝处断裂面在铝熔化区一侧,接头平均机械抗力达190 N/mm,约为母材的85.2%。采用此方法可减小铝/钢熔钎接界面过渡层厚度,获得力学性能良好的熔钎焊接头。     

TiNi形状记忆合金/钛合金异种材料激光焊

由于TiNi合金与钛合金的物理和化学性能差异较大,故其焊接性较差,焊缝区易形成大量的金属间化合物并产生裂纹。为实现上述材料的良好连接、提高接头性能,本文对采用激光焊连接0.2mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金异种材料进行了探索。分别采用直接对接焊和手工填丝焊的方法,研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,直接对接焊时焊缝中心产生了纵向裂纹;手工填丝焊则通过合适的焊接工艺,改善了焊缝成形,避免了裂纹的产生。较优的焊接工艺参数为功率百分比18%、脉冲宽度3ms、脉冲频率3Hz;在界面区,Ni与TC4形成的过渡层宽度约为2μm,Ni与TiNi形成的过渡层宽度约为0.5μm。接头最大抗拉强度为332MPa,断裂位置发生在靠近TiNi侧的熔合线附近。     

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.     

以铌+铜为复合中间层扩散焊接钛合金/不锈钢接头的组织与性能

以铌片+铜片为复合中间层材料,在Gleeble-1500型热力模拟试验机上对TC4钛合金和15-5PH不锈钢进行真空扩散焊,测试了接头的抗拉强度,观察了接头界面区和拉伸断口形貌并进行了微区成分分析。结果表明:铌+铜复合中间层可以有效阻碍钛合金和不锈钢之间钛、铁、铬元素的相互扩散;不锈钢/铜、铜/铌、铌/钛合金这3个界面通过原子扩散形成良好的连接,在铜/铌界面处局部生成的少量细小的铌铁金属间化合物对接头抗拉强度的影响不大,最高抗拉强度达到540MPa;拉伸断裂时裂纹穿过铜层、铌层和金属间化合物扩展。     

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。     

Al/Cu异种接头钎焊和扩散焊的研究进展

概述了近年来国内外铜铝异种金属钎焊,特别是真空钎焊和扩散焊焊接技术的研究现状,分析了当前Al/Cu连接存在的主要问题。同时指出,控制Al/Cu接头区域中金属间化合物的生成,将会成为今后Al/Cu焊接研究的重点。     

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。     

活性电子束焊接法研究

研究了表面活性剂在电子束焊中的行为,结果发现使用活性剂可以使电子束焊的熔深增加。在研究单一活性剂对焊接熔深影响规律的基础上,研制了由SiO、TiO2和Cr2O3等组成的不锈钢电子束焊活性剂,可使散焦电子束焊接熔深增加2倍多,焊缝表面成形良好。使用活性剂后,聚焦电流和束流对电子束焊熔深增加有较大影响。分析电子束焊熔深增加的原因认为:一方面,活性剂改变了熔池金属的表面张力梯度,使熔池金属的流动方向发生了改变,因此电子束焊熔深增加,焊缝变窄;另一方面,涂层物质的熔点较高,它的存在减小了电子束熔化母材的区域。在以上试验和分析的基础上提出了活性电子束焊的概念。     

SAF2205/16MnR双相不锈钢复合板焊接接头的组织与性能

对SAF2205/16MnR双相不锈钢复合板进行了焊接,基层采用手工电弧焊,以E5015焊条为填充材料,过渡层及覆层采用钨极氩弧焊,以ER2209焊丝为填充材料;对焊接接头进行了拉伸试验,利用扫描电镜、光学显微镜及X射线衍射仪等分析了接头过渡层焊缝及其熔合区域的显微组织及物相组成.结果表明:焊接接头的抗拉强度为512 MPa;覆层母材/热影响区/过渡层焊缝之间的显微组织过渡缓和,且铁素体和奥氏体相的比例均在控制范围内;异种金属熔合界面未出现明显的合金元素短程扩散,且在焊缝金属中未发现有M23C6和σ等脆性相析出;所得接头具有良好的力学性能和耐腐蚀性能.     

铝/铜电弧熔钎焊接头界面组织及演变研究

采用旁路耦合电弧焊方法实现了铝合金与紫铜的熔钎焊,并研究焊后退火下铝/铜界面组织的演变。采用扫描电镜观察焊后及不同退火工艺下界面微观组织的形貌,同时,通过能谱仪及X射线衍射对界面的物相进行确定,并通过蒙特卡洛结合原胞自动机方法建立界面金属间化合物的热力学-动力学模型,分析了界面组织的演变行为。结果表明,通过旁路耦合电弧方法可实现铝/铜的熔钎焊,铝/铜焊接接头经250～400℃退火3h后,界面处最终形成Cu Al、Cu_9Al4_和Cu Al_2三种金属间化合物,随着退火温度的增加,界面金属间化合物厚度呈线性增加,最大厚度为38.39μm,铜-铝界面金属间化合物的形成由原子间互扩散和界面化学反应共同决定。     

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。     

基于旁路耦合电弧的铝钢MIG熔钎焊研究

实现铝钢良好连接的关键是有效控制焊接热输入,尽量降低中间层铝铁金属间化合物的厚度,一般认为中间层金属间化合物厚度小于10μm时铝钢接头质量良好。提出旁路耦合电弧熔钎焊方法,通过调节旁路电弧电流的大小来控制焊接热输入。在优化控制系统和工艺参数的基础上采用脉冲旁路耦合电弧焊方法将铝镁合金ER5356堆焊到304不锈钢板上,获得结合良好的焊缝。对焊接接头进行扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、能量色散光谱仪(Energy dispersive spectrometry,EDS)分析,结果表明:铝与不锈钢焊接接头中间层金属间化合物平均厚度约为8μm,小于10μm的临界厚度;脉冲旁路耦合电弧焊方法能够实现铝钢的连接,是一种新型低成本低热输入电弧焊方法。