钢/铝异种金属预置Si粉的光纤激光焊接

Fe/Al难熔合、易生成Fe-Al脆性金属间化合物是钢/铝异种金属优质高效焊接亟待解决的技术难题。对厚度分别为5mm、6mm的低碳钢和铝合金板进行了对接处开设坡口、并在界面结合处预置Si粉的光纤激光焊接实验研究,通过调整焊接工艺参数和预置粉末得到成形良好的焊缝。利用卧式金相显微镜、电子显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪等设备对焊缝及母材区进行了观察与检测。结果发现:在激光功率为1.8～2.0kW,焊接速度8～10mm/s,离焦量-2.0mm,Ar为保护气体且流量为15L/min,光斑偏向钢侧距界面结合处0.2mm的工艺条件下,激光焊接钢/铝异种板材,可实现钢/铝熔合,焊接类型为热传导焊,焊缝区域晶粒细小,硬度高于两侧热影响区及母材,钢/铝结合界面分界线明显,界面处熔化金属互相扩散嵌入母材,呈齿轮式"啮合"态连接在一起。对钢/铝实施热传导焊,可有效控制熔池中Fe、Al熔化量;预置Si粉改善了焊池熔化态下的流动性,熔化金属易于在结合界面铺展,钢/铝焊缝区形成了结构稳定的Al9Si、Fe0.9Si0.1化合物,抑制了Fe-Al脆性金属间化合物的生成。     

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%。     

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。     

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。     

钢/镁异种金属搭接添加Sn箔激光熔焊接头的微观组织分析

采用光纤激光器作为焊接热源的激光熔焊工艺对双相钢DP600和变形镁合金AZ31进行添加Sn箔的搭接焊研究。通过调整焊接参数获得最佳焊接成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)探头的扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等观察焊接接头的微观组织、相分布、晶粒大小、元素分布和相结构组成。结果表明,添加Sn箔激光熔焊是一种适用于Fe和Mg异种材料连接的有效方法,通过过渡区域形成新相可实现Mg/Fe有效连接。实验还发现,钢上、镁下搭接激光熔焊上层双相钢的热影响区未出现明显的软化组织,焊接熔池和钢/镁接头过渡区域未见大规模氧化物和气孔缺陷,钢侧过渡区域生成Fe Sn、Fe1.3Sn、Fe3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成柱状枝晶的Mg2Sn相,这些新相的存在可实现钢/镁异种金属的"双向"冶金结合。     

镀锌层对铝/钢异种金属激光填粉焊接的影响研究

采用Nd-YAG激光器对铝/镀锌钢进行了异种金属激光填粉熔-钎焊试验研究,通过SEM对焊接接头进行了测试,研究分析了镀锌层对铝/钢异种金属激光填粉焊接的影响。结果表明：Zn能够在Al中充分固溶使得Al原子的相对浓度降低,减缓Al原子向钢侧的扩散,在一定程度上抑制Fe-Al脆性相金属间化合物的生成速率。接头强度较好的试件,断裂行为均是钎接界面区与镀锌钢的结合面上首先出现裂纹,随后扩展到钎接边缘富锌区处发生断裂。     

铝/镀锌钢电弧辅助激光涂粉填丝熔钎焊方法

采用电弧辅助激光焊接方法通过添加Al-12%Si焊丝进行了铝/镀锌钢异种金属涂粉对接熔钎焊工艺试验,分析了送丝速度对焊缝成形的影响;运用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、材料试验机等观察分析了焊接接头各区域的微观组织、断口形貌、物相成分和接头力学性能。结果表明:在适当的焊接参数和工艺条件下,能够得到正反面成形良好的对接接头。当焊接速度一定时,随着送丝速度的增大,焊缝正面的铺展宽度减小,背面的铺展宽度增大。Si元素主要富集在接头上部,焊缝中的组织主要有α(Al)基体及沿晶界分布的Al-Si共晶相。铝/钢界面层生成了不均匀的金属间化合物层,其主要物相有Al_8Fe_2Si、Fe_4Al_(13)和Fe_2Al_5,接头最大抗拉强度可达130 MPa,断口表面形貌呈现韧性和脆性共存的混合型断裂特征。     

磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响

将磁场引入激光焊接系统中,开展了DC51D+AZ镀锌钢和6061铝合金的激光对接焊试验和焊接试样的拉伸试验,研究了交变磁场对焊缝成形、气孔缺陷、断口形貌、金属间化合物与焊缝力学性能的影响。结果表明,添加磁场后,焊缝抗拉强度得到提高;磁场搅拌能改善焊缝的形貌,减少焊缝中气孔的数量,细化针状FeAl_3相,抑制脆性Fe/Al化合物的生长,从而有效提高焊缝的力学性能。     

铝/钢异种金属无钎剂激光填粉熔钎焊接

采用宽带激光光斑和填粉焊接技术,在不使用钎剂的情况下进行6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊接实验。分析测试了接头成形、焊缝组织和接头强度,并探讨了影响接头强度的因素。结果表明,采用此方法可实现6061铝合金/镀锌钢板的熔钎焊连接。选用优化的焊接工艺参数获得了成形饱满,无裂纹、气孔等缺陷的焊缝。焊缝熔宽和金属间化合物层厚度随焊接热输入量的增加而增大。熔钎焊缝中金属间化合物由Al-Fe和Al-Fe-Si系统化合物组成。拉伸试样均断裂在钎料/镀锌钢界面,接头最大机械抗力为152.5 N/mm,断口呈脆性断裂特征,钎料/镀锌钢界面为接头的薄弱环节。拉伸试样铝一侧断裂面由Al5Fe2Zn0.4和α-Al组成。焊缝熔宽、金属间化合物层厚度共同决定了接头的机械抗力水平。     

焊接电流对铝/镀锌钢TIG焊接头显微组织与力学性能的影响

本文采用TIG熔-钎焊焊接方法,以Al-Si12为填充材料,将6061铝合金与HSLA350镀锌钢以搭接方式进行连接.本试验用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS),对40 A、60 A和80 A三种不同电流下焊接接头的显微组织进行表征,并测试了接头的力学性能,分析电流大小对焊接接头显微组织和力学性能的影响.结果表明:铝合金能与镀锌钢形成连接良好的接头,焊接电流40 A时接头结合不牢固,焊接电流80 A时接头内形成了更多的硬脆相,力学性能降低.焊接电流60 A时接头性能最佳,为188.4 MPa,可达6061铝合金母材的71%;在铝/钢TIG焊接接头界面处形成了铁、铝异种金属间化合物,靠近铝一侧形成较厚一层FeAl3金属间化合物,靠近钢一侧形成了较薄Fe2 Al5金属间化合物层,还伴随有少量的Fe3 Al生成.     

激光表面合金化制备TiC/Fe_3Al复合涂层组织及TiC演变规律

以Al和TiC的混合粉末为原材料对20#钢进行激光表面合金化,制备了TiC增强Fe3Al金属间化合物基体复合涂层。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等方法分析了涂层的相组成及显微组织结构,通过热力学计算确定了TiC的溶解热力学条件,并探讨了TiC的溶解及析出规律。结果表明:涂层主要组成相为Fe3Al和TiC;激光表面合金化过程中,当温度达到2000K~2200K时,作为粉末原材料的TiC颗粒在Fe-Al合金熔体中开始发生溶解,然后在合金熔池中重新凝固析出,以原位增强颗粒的形式呈网状分布于Fe3Al金属间化合物基体上。     

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。     

铝钢异种材料激光搭接焊接头组织与性能研究

采用连续光纤激光对铝/钢异种材料进行激光搭接深熔焊，研究接头的显微组织、元素分布、界面析出相及其失效机理。结果表明，焊缝凝固过程中界面处形成岛状、块状及层状Fe-Al化合物，它们较大的硬度与脆性导致材料自身具有较低的塑韧性。焊缝中裂纹的形成原因主要是界面脆性Fe-Al化合物的连续或集中分布，降低了材料自身的变形能力。接头的断裂模式属于脆性断裂，接头的失效主要是由于界面处Fe-Al脆性化合物导致的。     

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。     

Al对Sn-58Bi无铅钎料组织及性能的影响

研究了在Sn-58Bi合金中添加少量Al后对合金性能、恒温时效焊点组织稳定性及接头界面处金属间化合物层生长的影响.研究结果表明:在80℃时Sn-58Bi合金具有稳定的组织结构,但超过100℃Bi相会异常粗化,导致合金性能变差.在100℃恒温时效试验中,Al能有效抑制Bi相的粗化,接头界面处IMC层的生长呈减缓趋势.随着Al含量的增加,Sn-58Bi-Al系合金的拉伸强度增大,铺展性有所降低.     

基于Ni中间层的铝合金与高强钢激光诱导TIG复合焊接

提出了加入Ni中间层的6061铝合金与DP980高强钢搭接接头激光诱导电弧复合连接技术,采用该技术实现了6061铝合金与DP980高强钢的良好连接。分析了Ni中间层对搭接接头力学性能、微观组织的影响,并分析了Ni中间层在焊接过程中的作用。使用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等对典型焊接接头的显微组织、元素分布进行分析。结果表明:在铝合金与高强钢之间加入Ni中间层,能有效阻止Fe元素向铝合金基体中扩散,并改变了6061/DP980界面金属间化合物的种类及分布,金属间化合物的厚度明显减小,金属间化合物主要由FeAl_3和Fe_2Al_5组成,Ni元素也发生扩散,并主要以Al-Ni化合物及Fe(Ni)固溶体的形式存在于焊缝中。添加Ni中间层焊接接头的剪切拉伸载荷可达到173 N/mm,比未添加Ni中间层的接头提高了约35%。     

镁/钛异种金属预置Al夹层光纤激光熔钎焊接特性

镁/钛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,通过中间预置铝(Al)箔对镁/钛实施激光搭接焊。调整焊接工艺参数获得较好的焊缝成形,并对界面元素扩散及连接机理进行研究。结果表明,Al中间夹层的添加能很好地改善镁/钛界面的润湿铺展,促进了界面的冶金反应。当添加的Al中间层厚度为50μm时,接头载荷是未添加的1.8倍,达到1010 N/cm。界面组织分析表明在激光直接辐照区形成了一定厚度的Al Ti3相,其余部位为Ti基化合物(α-Ti)。焊缝中第二相数量随着Al夹层厚度的增加而增多,当形成网状结构时造成焊缝变脆,降低接头拉剪载荷。     

无铅钎料Sn-0.7Cu机械合金化研究

利用扫描电子显微镜和差热分析仪,研究了Sn-0.7Cu粉末的机械合金化过程;同时将机械合金化获得的粉末制成焊膏,进行铺展实验,并对金相组织进行了分析.研究结果表明,机械合金化是一种制备钎料粉体的方法;粉末的最终颗粒尺寸可通过合适的工艺参数来控制;用机械合金化获得的钎料粉体制成的焊膏,其铺展面积及润湿角方面与传统的熔炼法获得的钎料差别不大,铺展试样的金相组织由富Sn相、Cu6Sn5和少量Cu3Sn相组成.     

5052铝/镀锌钢Nd:YAG激光熔-钎焊

利用Nd∶YAG激光器实现了5052铝/镀锌钢异种金属板材之间的熔-钎焊连接,并对焊缝成形、接头性能及微观形貌做了分析。分析结果表明,合适的热输入能够有效实现5052铝/镀锌钢异种金属之间的熔-钎焊连接,焊接接头中铝合金母材发生熔化与镀锌钢形成钎焊连接,镀锌钢母材并未发生熔化;焊接接头的抗拉强度为128 N/mm;微观形貌分析表明,在焊缝钎接界面处生成了一层薄金属间化合物层,金属间化合物层的厚度为3～4μm。