镁合金/钛合金脉冲激光焊接头的组织、性能调控

采用脉冲激光偏移镁侧并添加铜中间层的方法对镁合金和钛合金进行激光对接焊接,研究了界面元素扩散和反应特点,分析了铜中间层厚度对接头组织和力学性能的影响及接头断裂的主要原因。结果表明:铜中间层的加入改善了焊缝/钛合金界面的组织,增大了界面附近Ti-Cu化合物的含量;随着铜中间层厚度增大,界面处Ti2Cu反应层的厚度逐渐增大并变得连续,且接头的断裂位置从界面反应层转变到焊缝区;当铜中间层的厚度达到30μm时,接头的抗拉强度达到了121 MPa。     

镁/钛激光熔钎焊界面微观结构与元素热力学行为分析

镁/钛(Mg/Ti)异种金属既不反应也不互溶的特性制约着两者之间的冶金结合和可靠连接。为解决这一问题并拓宽Mg、Ti的应用,采用富铝镁基焊丝对Mg/Ti实施激光填丝搭接焊,实现了Mg/Ti之间的连接。在此基础上,利用扫描电镜对界面进行观察分析,并利用Miedema二元热力学模型和Toop三元热力学模型对调控元素Al在界面处的扩散及连接机理进行研究。结果表明,在焊丝中调控元素Al的参与下,Mg/Ti界面处形成超薄的反应层,元素线扫描结果显示Al在靠近Ti一侧界面处富集,实现了界面的冶金结合。热力学计算结果显示,在界面处Al-Ti化合物具有更大的析出驱动力,而且Al在富Ti一侧的化学势较低,且Al的界面偏聚导致Al的化学势进一步下降,表明Al的扩散方式为上坡扩散。     

热输入对Ti6Al4V/Inconel 718激光诱导钎焊接头组织和力学性能的影响

采用激光诱导共晶反应钎焊技术对Ti6Al4V和Inconel 718异种金属进行焊接,研究了不同热输入下制备的接头的微观组织和力学性能。结果表明:当热输入为48 J/mm时,铌中间层过度熔化,未能有效阻隔Ti6Al4V和Inconel 718的混合,接头中有大量的Ti_xNi_y金属间化合物生成,导致接头直接开裂;当热输入降低到40 J/mm时,全厚度未熔化铌中间层的存在成功阻碍了熔池中Ti6Al4V和Inconel 718的混合,并形成两个连接界面,即(Ti,Nb)熔化区界面和Nb/Inconel 718共晶反应钎焊界面,接头中未形成Ti_xNi_y金属间化合物且接头的抗拉强度达到了205 MPa;随着热输入进一步降低到34 J/mm时,低的Nb/Inconel 718界面温度导致共晶反应钎焊不能充分进行,形成了明显的未熔合缺陷,接头的抗拉强度仅为103 MPa。     

Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接的影响

为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法,采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验,得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀,热影响区不明显;镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg₁₇Al₁₂共晶组织为主,底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织;随着Zn中间层厚度的增加,焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多,Mg/Al间化合物数量明显减少,且连续分布的状态得到改善,剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡;当中间层厚度为0.1mm时,拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

铝-钢异种金属激光熔钎焊工艺研究

为了实现高强度铝-钢钎焊接头，以车用08Al钢和铝合金为试验对象，以填粉方式选用纯铝粉末作为钎料，进行了异种金属激光熔钎焊接试验研究。综合能量散射光谱能谱分析和X射线荧光衍射物相分析，接头界面处的金属间化合物主要有FeAl，Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃。研究了添加钎剂对接头整体成形及激光偏移量对接头形貌和力学性能的影响。结果表明，钎剂的添加改善了接头成形缺陷，提高了焊趾区的润湿性；当激光偏移量为0.8mm~1.6mm时，形成了有效的熔焊接头，且随着激光偏移量的增加，接头润湿角由35°增加到54°，反应层的金属间化合物厚度逐渐减小，抗拉性能呈先提高后降低的趋势；在激光偏移量为0.8mm时，接头润湿角为38°，反应层金属间化合物厚度8μm，平均机械抗力达到210N/mm，具有较高的工程应用价值；焊缝润湿角、连接宽度和反应层金属间化合物厚度共同决定了接头的机械抗力水平。该研究对于保证车身激光焊接质量提供了技术支持和重要的指导意义。     

铝钛异种合金的激光熔钎焊

提出了一种连接Al/Ti异种合金的新工艺，即采用激光为热源，AlSi12为填充材料，实现了Ti-6Al-4V钛合金和LF6铝合金的激光熔钎焊连接。激光熔钎焊是一种局部加热焊接过程，通过调整激光加热参数，控制填充材料的润湿铺展及界面金属间化合物的形态和数量，从而控制接头质量。在实验过程中，填充焊丝实时送入，通过改变激光功率、间隙大小、光斑尺寸、焊接速度、送丝速度、激光辐照位置等工艺参数，以获得对接头的不同加热效果。研究了不同参数下的钎缝成形规律、接头界面特点及接头拉伸强度。结果表明，采用激光熔钎焊工艺连接Al/Ti异种合金可以获得成形良好、强度较高的接头，但焊接过程对工艺参数要求严格;接头厚度方向不同位置的界面金属间化合物的厚度和形态各不相同;热输入较低情况下，钎料与钛合金材料作用不充分，接头易从界面处断裂;热输入较高时，接头容易从铝合金侧熔合区附近断裂。     

激光深熔钎焊车用铝/钢异种金属试验研究

为了实现车用铝/钢异种金属良好连接,采用光纤激光对车用铝合金与镀锌钢对接接头进行了激光深熔填丝钎焊工艺试验,并对焊缝接头的成形、界面金属间化合物层,以及力学性能进行了分析。结果表明,铝合金一侧是激光深熔焊接接头,而镀锌钢一侧是钎焊接头;在镀锌钢与钎焊缝中间界面存在金属间化合物层,厚度小于10μm;金属间化合物主要为Al7.2Fe2Si和（Al,Si）13Fe4;拉伸试样主要断裂于铝合金热影响区处,平均抗拉强度为145MPa;接头的断裂方式主要是韧窝断裂。     

SiCp/6061Al金属基复合材料焊缝“原位”

以Ti作为合金化元素对SiCp/6061Al金属基复合材料(SiCp/6061AlMMC)进行焊缝“原位”合金化激光焊接。研究了焊缝“原位”合金化元素Ti添加量对焊缝显微组织的影响。结果表明,采用焊缝“原位”合金化方法激光焊接SiCp/6061AlMMC,可以有效抑制焊缝中针状脆性相Al4C3的形成,并获得以均匀分布TiC,Ti5Si3等为增强相的新型金属基复合材料焊缝,焊缝“原位”合金化激光焊接是焊接SiCp/Al复合材料的一种新方法。     

Ti_3Al/GH4169异种材料激光焊接头的组织及性能

以金属粉末为焊料,研究了Ti_3Al基合金与GH4169高温合金异种材料之间的激光焊接,分析了接头各区域的微观组织,并测试了接头截面不同区域的显微硬度以及接头的室温拉伸强度。研究结果表明,当焊料为单一的Ti-Ni-Nb粉末时,接头的平均室温抗拉强度为129MPa,焊料与两种母材的界面均没有生成反应层,焊缝的成分主要为Ti-Ni-Nb相、Nb-Ti固溶体及析出的Nb,焊缝与母材界面的显微硬度高于焊缝中心及母材的;当焊料为TiNb/Ti-Ni-Nb/Ni-Cu三种粉末的复合焊料时,接头的抗拉强度增大至180 MPa,接头中主要元素的含量随焊料成分的不同沿焊缝逐渐发生变化,Ti_3Al/Ti-Nb界面具有较高的显微硬度,Ti-Nb区和Ti-Ni-Nb区的硬度值高于NiCu区的。     

激光自蔓延连接CFRTP/铝接头微观形貌及形成机理

为了研究碳纤维复合材料（CFRTP）与金属的高效焊接，采用激光诱导Al-Ti-C粉末中间层自蔓延反应的方法，对碳纤维复合材料与铝进行了异种连接实验，分析了中间层自蔓延反应形成焊缝的反应机理、CFRTP/铝连接接头的微观界面和形成机理。结果表明，激光照射使中间层温度升高至933K左右时自蔓延反应开始进行，铝元素熔化并包裹住固态Ti发生反应，生成Ti-Al系化合物，在高温下化合物继续和Ti元素反应生成TiC并释放热量；同时，单质Ti与C也发生反应生成TiC并释放热量，反应产生的热量继续维持下一层面的反应，直至整个中间层反应结束形成良好的"焊缝"；这些热量使得中间层左右两侧母材发生微融再次挤压成型形成质量良好的连接接头。激光诱导Al-Ti-C中间层自蔓延高温合成连接方法可以实现CFRTP/铝的高质量连接，对实现交通工具结构轻量化是有帮助的。     

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料添加Ti-6Al-4V中间层激光焊接特性

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料由于大量增强相颗粒的存在,在熔化焊接过程中Al基体极易与SiC颗粒反应,生成Al4C3金属间化合物,严重降低焊缝的力学性能。以Ti-6Al-4V金属薄片作为中间层填充材料,采用氩气作为保护气体,对SiC体积分数为45%的SiCp/Al基复合材料进行激光焊接,分析SiCp/Al基复合材料的焊接特性。结果表明,填充钛合金材料进行CO2激光焊接时接头组织致密,结合较好,在焊缝组织中获得了以Ti3Al为基体、Ti5Si3和TiC等反应产物为增强相的焊缝组织,所获得的最高抗拉强度为母材的50%左右。     

稀土添加层对钢/铝激光搭接焊接头组织与性能的影响

采用光纤激光对钢/铝异种金属进行激光搭接焊,研究稀土添加层对接头界面过渡区微观组织、元素分布、析出相以及力学性能的影响.结果表明:在激光功率2.0 kW,焊接速度3 m/min,离焦量+2 mm工艺参数下,可以获得宏/微观成形良好的焊接接头.研究还发现,添加层中稀土 Y可以有效调控钢/铝界面的冶金反应,促使界面形成Fe...     

SiCp/6061AI金属基复合材料焊缝"原位”合金化激光焊接研究

以Ti作为合金化元素对SiCp/6061AI金属基复合材料(SiCp/6061AI MMC)进行焊缝"原位”合金化激光焊接.研究了焊缝"原位”合金化元素Ti添加量对焊缝显微组织的影响.结果表明,采用焊缝"原位”合金化方法激光焊接SiCp/6061Al MMC,可以有效抑制焊缝中针状脆性相Al4C3的形成,并获得以均匀分布TiC,n5Si3等为增强相的新型金属基复合材料焊缝,焊缝"原位”合金化激光焊接是焊接SiCp/Al复合材料的一种新方法.     

添加Sn-5%Zr粉末对激光焊接钢/铝显微组织和性能影响

对1.4 mm厚的DP590双相钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行添加Sn-5%Zr(质量分数,下同)粉末的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射技术(EBSD)和微机控制的电子万能试验机等研究了添加Sn-5%Zr粉末对焊缝微观形貌、焊接区域金相组织、断口形貌、主要物相、相的分布及含量、晶粒大小与接头力学性能的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了添加Sn-5%Zr粉末后新形成物相Fe Sn、Fe3Sn和Fe3Al、Fe Al、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物的模量。结果表明,添加Sn-5%Zr粉末钢/铝接头平均剪切强度为37.90 MPa,与未添加粉末相比,剪切强度提高,新形成Zr Al3化合物细化了钢/铝界面Fe-Al金属间化合物的晶粒尺寸,Sn抑制Al向焊缝熔池内扩散,减少Fe-Al金属间化合物层厚度,新形成物相Fe Sn,Fe3Sn具有较好的延性,Sn-5%Zr粉末改变了界面层Fe-Al金属间化合物脆性相与延性相的比例,添加粉末增加焊缝熔宽,提高焊合率,因而添加Sn-5%Zr粉末改善了焊接接头的力学性能。     

钛/铝激光焊接的微观组织及力学性能

采用3 kW光纤激光偏置铝侧焊接的方式,完成了TC4钛合金和6082铝合金的连接。测试了接头的宏微观组织及力学性能特征,通过有限元方法对接头的温度场分布及钛/铝结合界面的热循环曲线进行了模拟。研究结果表明,钛/铝激光偏置焊接可获得无裂纹、无气孔,具有良好拉伸强度的接头,钛试板在焊接过程中发生部分熔化,端面变得不平整。在凝固过程中,钛/铝结合界面会形成一个厚度较薄的钛/铝金属间化合物层,其主要相为TiAl_3。拉伸试验表明,接头的最高抗拉强度为153 MPa,是铝基材强度的72.9%;接头的断裂模式为脆性解理断裂,断裂发生在金属间化合物层位置,引起断裂的脆性相为TiAl和TiAl_3。     

SiCp6061Al金属基复合材料焊缝“原位”合金化激光焊接研究

以Ti作为合金化元素对SiCp 6 0 6 1Al金属基复合材料 (SiCp 6 0 6 1AlMMC)进行焊缝“原位”合金化激光焊接。研究了焊缝“原位”合金化元素Ti添加量对焊缝显微组织的影响。结果表明 ,采用焊缝“原位”合金化方法激光焊接SiCp 6 0 6 1AlMMC ,可以有效抑制焊缝中针状脆性相Al4C3 的形成 ,并获得以均匀分布TiC ,Ti5 Si3 等为增强相的新型金属基复合材料焊缝 ,焊缝“原位”合金化激光焊接是焊接SiCp Al复合材料的一种新方法。     

激光焊接铝基复合材料钛的原位增强作用

本文采用激光焊接SiC_p/6063铝基复合材料,并利用Ti对焊缝进行原位增强。研究结果表明,焊缝和热影响区均较窄,焊缝中观察不到孔洞存在。对焊缝中心的微观组织分析表明,焊缝基体的晶粒非常细小,呈等轴结晶方式,焊缝组织非常致密,没有明显的微观气孔和裂纹。焊缝中已经观察不到SiC颗粒与基体在熔焊条件下发生反应生成的针状反应物Al_4C_3,而是尺寸更为细小的TiC颗粒,近似呈球形,在焊缝中分布比较均匀。整个焊接区域转变为母材是SiC颗粒增强的Al基复合材料,而焊缝主要是以TiC颗粒增强相以Ti为基体的局部区域。研究结果表明,用钛作为合金化元素通过使用原位焊缝合金化/脉冲激光焊接SiC_p/6063复合材料可以达到完全抑制在焊缝中心区形成Al_4C_3,焊缝接头强度由于快速固化的TiC等相而得到提高。     

镍箔对DP980/A6061异种激光焊接接头组织性能的影响

对DP980板和A6061板进行了激光搭接焊试验,对比分析了镍箔对焊接接头焊缝(WS)和熔合线(FL)的显微组织、显微硬度及拉剪性能的影响。结果表明,对于未添加镍箔样品,铝元素进入熔池内导致WS和FL处形成大量软质相δ铁素体和部分板条马氏体(LM),钢/铝界面处析出脆性FeAl_2、FeAl_3金属间化合物,金属间化合物层的峰值厚度约为50μm,拉伸过程中焊接接头在界面处发生脆性断裂;对于添加镍箔样品,镍元素抑制了Fe-Al冶金反应的进行,促使δ铁素体向奥氏体转变,在室温下WS获得了全LM组织,WS硬度升高,界面处形成了Ni-Al金属间化合物,界面处的硬度和脆性Fe-Al金属间化合物层的厚度减小。镍箔使焊接接头的强度提高至61 MPa,是未添加镍箔样品的1.4倍。     

铝/钢异种金属激光填丝熔-钎焊连接工艺研究

采用板条CO2激光器对铝-钢异种金属搭接接头进行激光填丝焊接试验研究。分析了不同热输入量对焊缝成形质量的影响以及不同热输入量对焊缝显微组织、焊缝物相及力学性能的影响。实验结果表明,与低能量密度参数下的焊接接头相比高能量密度参数下的焊缝内部组织将不再均匀,而是出现了条状或块状金属间化合物FeAl,铝-铁界面产生的金属间化合物厚度增加,钢板熔化区主要物相也由低能量密度时的FeAl和Al与-αFe形成的固溶体转变为Fe3Al和Al与-αFe形成的固溶体,从而降低了焊缝的力学性能。拉剪结果显示,高能量密度焊接参数下的焊缝抗拉(剪)强度仅为低能量密度下的72.9%。