镁/钛异种合金焊接的研究现状与展望北大核心

对近年来镁/钛异种合金焊接的研究发展现状进行了综述,针对熔点差别大、非互溶不反应的镁/钛焊接,采用非传统的特种焊接方法辅以合金元素的界面改善是实现二者可靠连接的关键。界面冶金结合的调控是提高接头力学性能的核心之处。以激光焊、瞬时液相扩散焊等焊接方法分类阐述了镁/钛焊接研究的最新进展,并对镁/钛焊接的后续研究进行展望。     

镁/铝异种金属焊接的研究现状与展望

镁合金和铝合金(Mg合金和Al合金)都具有很多优良的特性,在现代工业中占有越来越重要的地位,实现Mg/Al异种金属的可靠焊接对于轻量化的发展具有重要意义。然而,在Mg/Al异种金属焊接过程中存在一些亟待解决的问题,例如Mg合金和Al合金易氧化、易形成气孔和连续分布的金属间化合物(IMCs)等严重影响接头性能。本文分析了Mg/Al异种金属的焊接性,回顾了Mg/Al异种金属焊接技术的研究进展,阐述了Mg-Al IMCs的改善和消除,并对Mg/Al异种金属焊接提出了展望。     

镁/钢异种金属焊接的研究现状与展望

分析了镁/钢异种金属的焊接性及存在问题,以搅拌摩擦焊、电弧焊、激光焊等焊接方法分类讨论了镁/钢焊接的研究现状;通过添加中间元素进行焊接调控是解决镁/钢异种金属焊接问题的关键,并对镁/钢焊接的后续研究进行了展望.     

钛/铝异种合金激光焊接研究

钛、铝异种金属物化性能差异较大,焊接过程中易生成脆性金属间化合物,弱化接头性能,激光热输入量的控制是钛/铝异种合金焊接的关键。采用1 000 W光纤激光器对1 mm厚的LD2铝板和TC4钛板进行对接焊试验。试验重点研究焊接速度和激光偏置距离对热输入量的控制和分配,通过金相显微镜、SEM、EDS方法对焊缝微观组织和结构进行分析,利用拉伸试验机进行力学性能测试。研究结果表明,当激光作用在钛侧0.24 mm处,焊接速度为80 mm/s时,形成的金属间化合物仅2μm左右,获得了质量良好的焊接接头,断后伸长率为5.42%,抗拉强度可达242 MPa。     

镁/铝异种材料焊接研究现状

镁合金为轻质绿色环保材料,但其易被腐蚀,与耐腐蚀性好的铝合金材料连接制成复合结构,可扩大镁合金的应用范围。本文介绍了镁合金/铝合金的焊接性,分析总结了目前国内外镁合金/铝合金异种材料焊接的方法,为镁合金/铝合金的焊接研究提供一定的理论基础,对镁铝合金材料的应用起到促进作用。     

钛/钢异种金属焊接的研究现状

实现钛与钢异种金属间的有效连接比较困难。为了探寻钛/钢的有效连接方法,在分析钛/钢异种材料的焊接性基础上,对钛/钢异种金属间的激光焊、电子束焊、激光-电弧复合焊等研究现状进行探讨。生成于接合界面的脆性金属间化合物是严重限制钛/钢异种金属接头性能的主要因素;选用合理的焊接工艺和添加适宜的中间层是实现钛/钢有效连接的重要途径。提出采用双层或多层金属的中间层来抑制界面金属间化合物生成是今后的研究方向。     

钛/铜异种金属焊接方法研究现状

钛/铜焊接结构因其具有良好的力学性能和物理性能,在航天航空、电解加工和船舶海洋等行业中的应用越来越广泛。钛/铜异种金属焊接方法主要有固相扩散焊、钎焊、超声波焊、爆炸焊和摩擦焊、高能束电子束焊和激光焊、电弧焊冷金属过渡焊、等离子弧焊和钨极氩弧焊。文中论述了以上不同焊接方法连接钛/铜异种金属的国内外研究现状,并综述了钛/铜异种金属焊接的微观连接机理和部分合金元素对连接界面的影响。     

镁/钢异种金属激光焊接现状

主要阐述了激光焊接在镁/钢异种金属焊接中的应用,分析了镁/钢两者之间的焊接性.针对镁/钢异种金属焊接方面存在的难题,目前解决的方法可归纳为3种类型:添加中间层、激光熔钎焊和激光-电弧复合焊接.对这3类方法的优缺点进行了系统讨论.     

镁/钛异种金属冷金属过渡焊接的温度场模拟

利用ABAQUS有限元软件建立镁/钛异种金属搭接接头的有限元模型,对镁/钛异种金属冷金属过渡焊接过程的温度场进行模拟,分析温度场的变化规律,并通过试验验证模拟结果的准确性.比较了不同送丝速度下温度场的变化规律,并对特征点的显微组织进行比较.结果表明,镁、钛两侧的温度场呈不对称分布.距离焊缝中心相同的两点,镁板侧试件温度上升较快,达到的峰值温度比钛板侧高,且下降速度也快.随着送丝速度的增加,峰值温度变高,达到钛板的熔化温度,钛的熔化量也就随之增加,镁钛连接界面有较好的结合.     

镁铝异种金属焊接研究现状与进展

综述了近年来国内外镁铝异种金属焊接的可行性和焊接方法的研究现状,对镁铝焊接的方法、特点、应用及组织演化特征进行了分析,认为镁铝异种材料焊接时,有效控制接头金属间化合物的组成、大小、形貌及分布状态是获得优质焊接接头的关键。对未来镁铝焊接的研究趋势进行了预测,认为镁铝的熔化焊接是一种高效且实用的焊接方法,具有广泛的应用前景,该方法的连接机理及失效分析还要需进一步研究和探讨。     

钛/钢异种金属焊接存在问题及研究现状

钛与钢由于物理-化学性能的差异较大,熔化焊时接头容易产生金属间化合物而使接头性能下降.分析了钛/钢异种金属焊接存在的问题,并总结了钛/钢异种金属采用熔化焊、固相焊以及钎焊连接的研究现状.采用固相焊和钎焊能够避免熔化焊时带来的问题,从而获得强度较高的接头,但熔化焊方法,特别是高能束焊接方法仍然是实现钛/钢异种接头可靠连接并满足实际生产需要的最有前景的连接方法.     

基于搅拌摩擦焊技术的镁/钛异种合金连接

采用搅拌摩擦焊技术对2 mm厚Ti6Al4V钛合金和AZ31B镁合金进行连接,研究不同转速下接头的成形、界面组织和拉伸强度。结果表明,转速过低会导致Mg/Ti异种合金接头内部形成孔洞缺陷。靠近Mg/Ti界面的钛合金中出现Al元素富集现象,随着转速的升高,Al元素的富集程度提升。Mg/Ti界面是接头的薄弱区,在拉伸载荷下,接头沿Mg/Ti界面断裂。接头拉伸强度随着转速的提升而增大,当转速为900 r/min时,强度达到168 MPa。     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以C02激光为热源，以A1Si12焊丝为填充材料，对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究，采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征，通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明：所得接头具有熔焊和钎焊双重性质，即铝母材局部熔化，为熔化焊，而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面；钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂，可分为2层，即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层；钎焊界面下部的金属间化合物层较薄；拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上，平均抗拉强度为298．5MPa。     

同/异种合金焊接接头旋压成形研究现状及展望

针对同/异种合金焊接接头的旋压成形是制造航空航天零件的重要加工方式,主要综述了近年来国内外同/异种合金焊接接头旋压成形的研究进展,总结了同种合金焊接接头的旋压成形的工艺过程和微观组织演化规律,探究了不同工艺参数条件对成形的影响.结果表明:对于同种合金,先焊接后旋压有助于降低焊接接头组织的不均匀性,在一定程度上提高焊接接...     

钛/钢异种金属电子束焊接技术的发展现状

由于电子束焊接具有高能量密度、精确可控的束斑尺寸和位置、低的焊接残余应力、无污染焊缝等优点,被认为是连接异种材料最合适的焊接方法。在分析钛/钢异种金属可焊性的基础上,归纳总结了电子束焊接钛/钢异种金属的特点,综述了国内外钛/钢异种金属电子束焊接研究进展,并对钛/钢异种金属电子束焊接的发展前景进行了展望。     

AZ31镁合金与钢异种金属的焊接技术

采用电阻点焊作为热源,进行AZ31镁合金与Q235钢的直接连接。通过扫描电镜、金相显微镜以及万能实验机分析与测试镁-钢点焊接头的微观组织、界面特性以及拉剪性能。研究表明,虽然镁和铁之间几乎不能互溶和形成金属间化合物,但氧和铝元素在镁合金-钢直接电阻点焊中起决定性作用,在镁-钢界面某些区域促进了以镁、铝、氧以及铁元素组成的复杂元素扩散层的形成,而镁、钢之间物理性能的巨大差异在一定程度上限制了界面反应的均匀性,接头拉剪强度约为40 MPa。     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头温度分布

以5A06铝合金和TC4钛合金为母材,Alsil2焊丝为填充材料,进行了激光熔钎焊试验.在分析激光填丝熔钎焊传热行为的基础上,建立了3种激光加热模式的热源模型,并采用有限元方法对激光垂直加热、倾斜加热、光束偏置加热以及矩形光斑加热模式下接头温度场进行了计算和分析.结果表明,在铝/钛异种合金的激光熔钎焊过程中,焊缝两侧温度分布严重不对称,将光斑中心向铝合金一侧偏离焊缝中心线0.4～0.6mm可避免钛合金界面局部过热;采用椭圆光斑加热时,加热效果与圆形光斑相近;采用矩形光斑加热,接头界面上下温度分布较为均匀.     

钒合金与钢异种材料焊接研究现状分析

以钎焊、压焊和熔焊为研究主体,综述了钒合金与钢的连接技术研究进展.现有的研究成果表明,钒合金与钢的连接存在着很大的难度,材料表面氧化膜、结合界面形成的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键.解决的有效途径是:选择合适的中间层材料,如Au-Ni,V,Nb等,可以很好地润湿钒合金与钢以提高接头性能;采用爆炸焊或摩擦焊的固相连接手段,避免金属的熔化;采用熔化低熔点金属润湿-钎接高熔点金属的方法精确控制材料之间的反应,将产生金属间化合物的可能性降至最低,以实现异种金属间的可靠连接.     

铝钛异种合金电子束焊接接头缺陷分析

采用电子束焊接工艺对7075铝合金和TC4钛合金异种金属进行焊接,主要研究焊接缺陷的形貌特点、形成原因及控制措施。结果表明:在铝合金与钛合金异种金属电子束焊接头中出现气孔、裂纹、缩孔等缺陷,调整焊接工艺参数、改变束斑在异种母材上的相对能量分布可以消除气孔、裂纹等缺陷。同时延长焊缝金属冷却时间,使液态熔池及时补充凝固过程中产生的孔隙,利用表面焦点减小熔池体积,对焊缝内的缩孔有一定的改善。最佳焊接参数为:工作距离272 mm,电子束流18 mA,焊接速度20 mm/s,聚焦电流415 mA。试验为提高铝合金与钛合金异种金属电子束焊接接头质量提供了参考。     

ODS合金与低合金钢异种金属焊接技术的研究现状

总结分析了ODS合金与低合金钢异种金属焊接技术的研究进展,主要介绍了ODS合金与低合金钢的摩擦焊、电阻焊和电子束焊的研究现状,分析了不同焊接方法下焊接接头的组织、性能和氧化物颗粒的分布情况,总结了各种焊接技术所存在的问题,并分析了不同问题的产生原因及解决办法。总结出未来ODS合金与低合金钢焊接研究的方向。