焊接工艺参数对钢/铌激光焊接头性能的影响

采用正交试验法分析了焊接工艺参数对钢/铌激光焊接头抗拉强度的影响规律.结果表明,接头抗拉强度随着焊接速度的增大而降低;随着激光束从铌侧向钢侧偏移,接头强度逐渐升高;激光功率对接头强度的影响不大.在3个焊接工艺参数中,偏束距离对接头强度的影响最大,焊接速度次之,激光功率的影响最小.采用低焊接速度、向钢侧偏束的焊接方法可以提高焊接接头的抗拉强度.焊缝区主要包括铌侧的IMC区,焊缝中心的树枝晶区与钢侧的树枝晶区三个特征区.其组织由大量的γ奥氏体相与一定量的Fe₂Nb相及少量的δ铁素体相组成.铁-铌金属间化合物的生成是降低接头强度的主要原因.     

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。     

Sn/Cu接头界面金属间化合物层的生长及强磁场的影响

钎焊和扩散焊制备的Sn／Cu接头在无磁场下不同温度时效,研究接头界面处金属间化合物（IMC）层的生长行为。结果表明：两种接头界面IMC层在时效初始时刻的横截面和形貌均不同,在时效过程中的生长行为类似,钎焊和扩散焊接头界面IMC层的生长激活能分别为116和94kJ／mol。为研究强磁场对界面IMC层生长行为的影响,两种试样在190℃、磁场强度为8T时效。实验结果表明：两种接头界面IMC层的生长动力学相同,但晶粒形貌和晶体取向差别明显。     

激光偏束焊对铌/钢接头组织及性能的影响

文中对铌/钢进行了激光焊接,当激光束直接作用于铌/钢接触面时,由于Nb-Fe金属间化合物Fe₂Nb的生成呈现连续分布的特点会使焊后接头发生断裂.针对该问题,采用激光偏束焊对铌/钢进行焊接,通过激光束偏钢侧来抑制铌的熔化量,进而减少接头中Fe₂Nb的生成.结果表明,通过采用激光偏束焊的方式可以较好地抑制接头开裂的问题.组织分析表明,焊后接头组织主要由γ奥氏体相与一定量的Fe₂Nb相及少量的δ铁素体组成.力学性能结果显示,断裂发生在接头Fe₂Nb金属间化合物层处,其抗拉强度为221 MPa,最高硬度出现在Fe₂Nb金属间化合物层约为1 143 HV.     

外能辅助作用下的Cu/Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头的时效断裂机制

在超声振动和电场辅助作用下进行了SnAgCuRE系钎料的钎焊试验。为模拟电子产品真实服役环境将钎焊接头进行时效处理,借助于现代理化检测手段研究了时效钎焊接头的力学性能及其断裂机制。结果表明:在温度150℃、时间200h的条件下对钎焊接头进行时效处理验证了超声功率88W、超声时间60s和电场强度2kV/cm外能辅助条件下进行钎焊可明显改善接头的剪切强度。钎焊接头的断裂途径与断裂机制发生明显变化。无超声电场作用钎焊接头在IMC层发生脆性断裂;超声振动辅助下钎焊接头在IMC层和钎缝的结合面发生脆性和韧性的混合断裂,主要由颗粒状的IMC相和局部的"抛物线"剪切韧窝组成;超声振动和电场辅助作用的钎焊接头在钎缝发生韧性断裂,主要由尺寸较大的"抛物线"剪切韧窝组成。     

异种钢焊接接头失效机制的研究进展

由于异种钢理化特性的差异,在焊接过程中导致焊接接头的界面分布和裂纹失效机理与同种钢有所不同。文中从异种钢焊接接头的失效机制入手,介绍碳迁移导致熔合区出现软化和脆化现象,分析在焊接过程中导致其力学性能降低的本质原因,详细解释Type-II晶界和“白亮层”的形成机理,分析在高应力水平下异种钢焊接裂纹的形成机理和抑制措施。通过对异种钢焊接接头失效的本质原因进行系统性论述,为异种钢焊接失效机制的深入研究和工程应用提供理论指导,并提出针对异种钢焊接接头常见失效问题的解决方案。 创新点： (1)从焊缝过渡区域的特性着手,分析异种钢焊接接头失效机制的研究进展,提出抑制过渡区域中Type-II晶界的形成、缩小“白亮层”的宽度是提高焊接接头性能的关键措施。通过整理前人对异种钢焊接过程中的碳迁移过程的定量研究,明确了由于碳迁移造成的异种钢焊接接头软化和脆化机理。(2)提出基于精确施加冷源从而定量控制焊接热应力和残余应力的分布情况,是可能改善异种钢焊接裂纹失效问题的有效措施。     

银过渡层对钢/铌激光焊接头组织及性能的影响北大核心

钢与铌的激光焊接性很差,当采用钢/铌直接激光焊工艺时,接头中极易生成脆性金属间化合物Fe_2Nb,使接头显著脆化,焊后即发生开裂。针对该问题,采用预置银过渡层的方法进行了钢与铌的焊接,焊后接头表面成形良好,无成形缺陷产生。随着银过渡层厚度增加,银过渡层对于Fe_2Nb形成的阻碍作用增强,接头强度也随之提高;当银过渡层厚度为1 mm时,接头强度达到198 MPa,其组织主要是银基固溶体.因为焊缝组织是由软韧的银基固溶体组成,所以接头强度较高。     

SnAgCu/Cu钎焊接头等温时效下组织性能分析

Sn3.0Ag0.5Cu/Cu钎焊接头在125,150,175℃三种温度下分别进行了36,72,216,360,720 h等温时效,对钎焊接头微观组织及力学性能在时效过程中的演变规律进行了研究.结果表明,界面金属间化合物(IMC)在横截面上呈细小锯齿状,随着时效温度升高及时间延长,界面IMC的尺寸不断增加,增长速度随时效温度升高而增加,随时效时间延长而减小.界面IMC齿数不断减少、齿径变大、齿高变长、齿距变宽.分析得出一种科学的表征界面IMC尺寸的方法.计算时效后界面IMC层等效厚度,发现界面IMC层的等效厚度与时效时间及温度之间具有一定的数学关系,同时可计算出界面IMC的生长激活能为88 kJ/mol.此外研究了时效对钎焊接头抗拉强度的影响,随时效时间增加接头抗拉强度先增大后减小,这主要与接头残余应力释放及界面IMC的演变有关.     

纵向直流磁场对铝铜熔钎焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊进行铝铜异种材料熔钎焊对接试验,通过添加Zn-2%Al药芯焊丝调控焊缝成分,并施加纵向直流磁场调控界面组织,接头力学性能显著提高. 结果表明,相比于无磁场,在纵向直流磁场的作用下,Cu侧IMC层的形状、厚度和化合物种类均发生变化:平均厚度明显变薄,由32.8 μm降至14.6 μm;形状由平直变为弯曲,起到“机械咬合”作用;Cu侧IMC层Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7三元化合物的出现抑制了硬脆的AlCu与Al₂Cu化合物的生长,接头性能升高. 添加直流磁场后,接头抗拉强度均比无磁场时高,且接头抗拉强度随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势. 当焊接电流I = 95 A,焊接电压U = 16 V,焊接速度v = 140 mm/min,磁场强度B = 10 mT时,接头抗拉强度最高,达到110.8 MPa,比无磁场升高了约24%.     

银过渡层对钢/铌激光焊接头组织及性能的影响

钢与铌的激光焊接性很差,当采用钢/铌直接激光焊工艺时,接头中极易生成脆性金属间化合物Fe_2Nb,使接头显著脆化,焊后即发生开裂。针对该问题,采用预置银过渡层的方法进行了钢与铌的焊接,焊后接头表面成形良好,无成形缺陷产生。随着银过渡层厚度增加,银过渡层对于Fe_2Nb形成的阻碍作用增强,接头强度也随之提高;当银过渡层厚度为1 mm时,接头强度达到198 MPa,其组织主要是银基固溶体.因为焊缝组织是由软韧的银基固溶体组成,所以接头强度较高。     

微合金元素镍和铌对金属粉芯焊丝焊接接头性能的影响

在自行研制的高强钢金属粉芯焊丝的基础上,通过拉伸试验、冲击试验等方法分别研究了微合金元素镍和铌对高强钢焊接接头力学性能的影响,并结合金相分析、扫描电镜分析、化学成分分析等方法从组织和成分的角度对两种微量合金元素的影响机理进行了合理的解释。结果表明,微合金元素镍具有增加焊缝组织中贝氏体和马氏体组织含量从而提高焊接接头强度的作用,并能促进针状铁素体形成而改善接头低温冲击韧性;微合金元素铌同样具有促进焊缝组织形成针状铁素体作用,同时通过细化晶粒和沉淀强化提高接头的抗拉强度。     

铝合金/不锈钢预涂层钨极氩弧熔钎焊接头的特性

通过在不锈钢表面预涂钎剂层,采用铝硅共晶钎料实现铝合金/不锈钢TIG熔钎焊连接,获得具有熔焊与钎焊双重性质的对接接头,运用OM、SEM、EDS分析接头的微观组织及成分,通过拉伸实验评定接头的力学性能.结果表明:铝母材局部熔化,与液态钎料混合后凝固形成焊缝,焊缝组织主要由α(Al)基体和在晶界析出的Al-Si共晶相组成;不锈钢不发生熔化,液态钎料与不锈钢在界面反应形成不均匀分布的金属间化合物层,最大厚度不超过10 μm,界面上部金属间化合物较厚,呈锯齿状,主要相成分为α(τ5)-Al7.4Fe2Si;界面下部金属间化合物较薄,呈细须状,由α(τ5)-Al7.4Fe2Si+α(Al)混合相构成;接头的平均抗拉强度为90.6 MPa,焊缝/不锈钢界面下部为连接的薄弱环节,成为断裂的起始位置.     

铝合金/不锈钢惯性摩擦焊接头的组织特性和力学性能研究

惯性摩擦焊是一种连接异种金属理想的焊接方法,对铝合金/不锈钢采用惯性摩擦焊进行焊接,并详细研究了焊接接头的形貌、组织、界面成分和力学性能.结果表明,在惯性摩擦焊接头的界面处形成了很薄的金属间化合物(IMC)反应层,该反应层主要由Al、Fe 元素组成,是富集Si 元素的FeAl3相.惯性摩擦焊接头组织由焊核区、完全动态再...     

工艺参数对Cu/Al大功率超声波焊接微观组织和力学性能的影响

尽管大功率超声波焊接可以更好的焊接较高的导电、导热性的材料,但是对焊接机理的认识还很少. 为了深入明晰焊接过程以及得到高质量的Cu/Al焊接接头,研究了不同夹紧力、焊接时间、焊接振幅以及焊头形状对Cu/Al大功率超声波焊接的界面温度、中间相生长和接头力学性能的影响. 结果表明,随着夹紧力的增大,界面中间相厚度先增大后减小. 随着焊接振幅的下降,界面温度的降幅增大且中间相厚度呈现近似线性下降. 最优的焊头齿数为9个,焊头齿数的增多和减少均会导致界面温度降低和焊接裂纹产生. 为获得较高的Cu/Al大功率超声波焊接质量,焊接振幅应设置为最高. 对焊接接头的拉伸断口进行扫描电镜测试表明,Cu/Al超声波焊接接头的断裂模式是韧性-脆性复合断裂. 研究结果为优化超声波焊接工艺参数提供了指导.     

焊后退火Al-Mg界面金属间化合物生长行为

研究了6061Al铝合金和AZ31B镁合金的搅拌摩擦搭接焊(FSLW)接头微观组织及焊后热处理过程中接头界面金属间化合物(IMC)生长行为. 结果表明,在接头界面处,金属间化合物层由连续的β-Al3Mg2(靠近铝侧)相和γ-Al12Mg17(靠近镁侧)相组成. IMC层的厚度随着时间延长或者温度的提高而增加,并且β-Al3Mg2相生长快于γ-Al12Mg17相. 整个IMC层的生长厚度与退火时间的平方根成线性关系,其生长受扩散机制影响. 随着温度从300 ℃增加到400 ℃,IMC层生长的扩散系数从2.88×10-14m2/s增加到3.67×10-13m2/s. 界面IMC层的生长激活能为82.5 kJ/mol.     

铝合金与低碳钢异种金属材料的激光-压轮焊接

为了解决传统焊接方法焊接铝合金与低碳钢异种金属的焊接接头性能低下的问题,对低碳钢(steel plate cold rolled commercial,SPCC)与铝合金(A5052-H34)异种金属进行了激光-压轮焊接试验,并确定了最佳的焊接工艺参数.利用激光显微镜、电子探针显微分析仪(EPMA)硬度测试仪、拉伸试验机测试了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明,在接合界面处金属间化合物由具有一定塑性的金属间化合物和完全脆性的金属间化合物组成;接合界面处的金属间化合物的带宽约为8~10μm,此时焊接接头的抗剪强度达到最大值(210 MPa);而具有一定塑性的金属间化合物带宽基本保持不变,约为1.8μm.     

采用铌中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧连接界面的显微组织及性能

进行了钛合金与不锈钢采用铌中间层的真空热轧连接实验,分析了连接界面的显微组织及性能。结果表明,采用铌中间层能够明显提高接头的塑性。当压缩率为25%,轧制速度为38 mm/s,热轧温度为800°C和900°C时,不锈钢与铌的连接界面没有明显的金属间化合物层;当热轧温度为1000°C和1050°C时,不锈钢与铌连接界面形成Fe-Nb金属间化合物层,并且当热轧温度为1050°C时在金属间化合物层与不锈钢之间出现开裂。铌与钛合金连接界面的扩散层厚度随着热轧温度的升高而增大。热轧温度为900°C的连接接头的拉伸强度可达-417.5MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。热轧温度为800°C的热轧过度接头分别与钛合金和不锈钢进行TIG焊接,TIG焊后热轧过度接头的拉伸强度可达-410.3 MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。     

Study of friction welding of polyethylene

The technologies of intermediate coating and diffusion welding of standard columnar laboratory specimens of the joint of the austenitic steel and titanium alloy are well-tested. Materials for the intermediate coating are chosen. Tensile tests on the welded joints are carried out at the temperature of 18–20°C. The technology of copper coating on steel and niobium coating on titanium is the most prospective.     

High strength lap joint of aluminium and stainless steels fabricated by friction stir welding with cutting pin

Abstract

Dissimilar lap joints of aluminium and stainless steel were first friction stir welded by the tool with a cutting pin. The results showed that sound joints could be obtained by this method. When the pin was inserted into the lower steel sheet, macrointerlocks were formed by the steel flashes plugging into the upper aluminium at both sides of the nugget bottom. At the aluminium/steel interface, a thin intermetallic compound (IMC) layer and the mechanical bonding of microinterlocks were formed. In addition, the aluminium near the interface was also strengthened by grain refinement and IMC particles. Therefore, the beneficial effect of the macrointerlocks provided by the steel flashes was removed, the shear strength of the joint reached 89·7 MPa, which was even higher than that of the base metal of aluminium.