根部螺纹搅拌针对搭接接头钩状缺陷和性能的影响

选用3 mm厚的7075–T6铝合金为研究对象,研究了根部带有螺纹的搅拌针对搅拌摩擦焊搭接接头钩状缺陷及拉剪载荷的影响. 结果表明,搅拌针上的螺纹可明显改变焊接过程中的材料流动;塑性材料在搭接面上部集中,挤压搭接界面,焊后搭接接头的钩状缺陷向下弯曲;搭接面处焊核区的宽度较搅拌针的直径明显增大. 因搅拌针端部无螺纹,焊接速度较大时接头底部会由于材料无法及时填充而产生孔洞缺陷. 随着搅拌头焊接速度的升高,搭接接头的拉剪载荷先上升后下降,最高载荷在焊接速度为40 mm/min时取得,为23.333 kN.     

Al-Cu异种金属的电子束搭接焊接研究

采用铝上铜下的搭接形式,对于4mm厚的7N01P-T4铝合金板与5mm厚的紫铜板进行了电子束焊接,研究了焊接速度对Al-Cu异种金属搭接接头组织与性能的影响。结果表明,当焊接电压为65kV,电流为60mA,聚焦电流为445mA时,在焊接速度为600mm/min和800mm/min时,接头中出现了严重裂纹;当焊接速度为1 000mm/min时,内部裂纹缺陷明显减少,且在Al-Cu接头的界面处形成了一层Al_2Cu金属间化合物以及片层极细的(α-Al+Al_2Cu)共晶组织。此外,在接头中Al侧的焊缝区是由尺寸较大的α-Al和(α-Al+Al_2Cu)共晶组织构成。另外,在该参数下获得接头的载荷最高,可达2.05kN,断裂于Al一侧的焊缝区。     

镀锌钢-6016铝合金激光焊接组织性能与第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算Fe8Al8及(Fe7X)Al8(X=Pb,Sn,Ti,Cu,Mn,Si,Zn)超胞模型的弹性模量与电子结构,在分析合金化元素改善FeAl金属间化合物力学性质的基础上,选取降低脆性效果较好的Cu和最好的Pb,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行加入中间夹层Cu和Pb的激光搭接焊试验。结果表明:FeAl金属间化合物为脆性相,其电子结构根源在于Fe的sd态与Al的sp态存在电子轨道杂化,为明显的共价键特征;FeAl合金化后,脆性降低,相应脆性由低到高的顺序为(Fe7Pb)Al8、(Fe7Sn)Al8、(Fe7Ti)Al8、(Fe7Cu)Al8、(Fe7Mn)Al8、(Fe7Si)Al8、(Fe7Zn)Al8、Fe8Al8,Pb合金化降低脆性效果最好,激光搭接焊加入中间夹层Pb,钢侧母材与焊缝界面区由母材侧较大晶粒和焊缝的细小晶粒交错形成,熔池金属与母材铝之间没有明显的分界线,焊接接头界面熔合良好;与未加夹层相比,加入中间夹层Cu和Pb后,焊接接头力学性能提高,其中Pb的作用优于Cu的,试样断口均具有韧性断裂特征。     

镀锌钢/铝添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊研究

对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行了添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊实验研究,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制的电子万能试验机等手段研究了钢/铝焊缝的表面成形性、接头各区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相与接头力学性能。结果表明:添加中间夹层Cu、Pb,焊接接头的平均抗拉强度分别为49.44、73.51 MPa,伸长率分别为1.63%、2.37%,与未添加夹层相比,抗拉强度和伸长率提高,其中Pb提高效果优于Cu;不加夹层,钢/铝试样断口呈明显脆性断裂特征;加入夹层Cu,脆性断裂特征不明显;而加入夹层Pb,试样断口呈韧性断裂特征;添加夹层Pb,钢/铝界面连接处Fe、Al、Zn、Mg、Pb元素变化剧烈,混合区宽度大,新生成Mg2Pb金属间化合物的结构比FeAl金属间化合物稳定,能抑制脆性FeAl金属间化合物生成。这是添加夹层Pb明显改善钢/铝焊接接头力学性能的重要原因。     

微小下压量下2024/7075异种铝合金FSLW接头的显微组织及力学性能研究

微研究了小下压量下2024/7075异种铝合金搅拌摩擦搭接焊接头的横截面形貌及力学性能。结果表明,使用小下压量可以有效减小钩状缺陷的高度,提高有效板厚值。拉剪试验时,裂纹由钩状缺陷尖端沿着焊核区扩展至另一端搭接界面处,导致接头断裂;接头拉剪强度达到76.78 MPa。     

镀锌钢一6016铝合金异种金属加入中间夹层铅的激光焊接

对1．2mm厚镀锌钢板和1．15mm厚6016铝合金平板试件进行了加入中间夹层铅的激光搭接焊试验,通过调整焊接工艺参数获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、x射线衍射、微机控制电子万能试验机等手段研究了焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、主要物相与接头力学性能．结果表明,在钢／铝激光焊中添加中间夹层铅,焊接接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为68．51MPa和2．37％,与没有加铅夹层相比,抗拉强度和断后伸长率明显提高;夹层铅的加入,改变了钢／铝界面的元素分布、物相组成及微观组织形态,焊接接头过渡区域Fe,Al,Zn,Mg,Pb元素的混合区宽度较大,除生成Fe—A1,Mg—Zn脆性金属间化合物外,产生了新的金属间化合物Mg2Pb,改善了焊缝金属的力学性能。     

7B04高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头界面成形与力学性能

为了研究7B04高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的界面成形与力学性能,对2 mm厚薄板搭接接头进行了不同工艺参数的搅拌摩擦焊接。试验结果表明:当旋转速度和轴肩下压量不变,焊接速度在50~300 mm/min之间变化时,接头的抗拉强度先增后减;当旋转速度和焊接速度不变,轴肩下压量在0.1~0.4 mm之间变化时,接头的抗拉强度逐渐增大;当焊接速度和轴肩下压量不变,旋转速度在400~1000 r/min之间变化时,接头的抗拉强度先增后减。当旋转速度为600 r/min、焊接速度为200 mm/min、轴肩下压量为0.3 mm时,接头强度最高。     

添加层对6061铝合金激光搭接接头的影响

采用脉冲激光焊接方法对6061铝合金进行了搭接焊,研究了不同添加层对6061铝合金激光搭接接头的显微组织、剪切性能及腐蚀性能的影响。结果表明:当添加层为Zn粉、铝焊膏、Sn粉时Al板激光搭接焊容易产生缺陷,无法得到良好的焊接接头,当添加层为Ni粉时可以得到无明显缺陷的良好焊接接头。不同添加层焊接接头的剪切性能为Ni粉Zn粉铝焊膏Sn粉,Ni粉添加层焊接接头的剪切强度为27.7MPa,是Zn粉添加层焊接接头剪切强度的3.19倍。Ni粉添加层焊缝极化曲线的钝化区范围为322 mV,比母材极化曲线的钝化区大了172 mV, Ni粉添加层焊缝的耐腐蚀性能大于母材。     

预置焊丝对Al/Cu异种FSW T-搭接接头组织和性能影响

在FSW过程中,T型接头的内角热输入低、塑性流动差导致其易出现虫洞、隧道、交界线等缺陷,造成应力集中,很难实现具有良好力学性能的Al/Cu异种焊缝。创新性地将圆角处预置焊丝应用于4 mm厚的6061-T6铝合金和纯铜异种FSW T-搭接接头的连接,以期改善T型接头的内角材料塑性流动,获得具有良好力学性能的接头。分析了3种预置焊丝对Al/Cu异种 FSW T-搭接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,保持焊接速度35 mm/min不变,旋转速度在700~800 r/min条件下,3种预置焊丝接头大针搅拌区都表现出“洋葱环”。阶梯状搅拌头有效抑制了大量筋板材料向壁板的迁移,减少了Al/Cu互混。大针搅拌区由于少量Cu颗粒被搅拌,流动路径长,不易形成金属间化合物。Al/Cu形成了有效的冶金结合,其交界面处金属间化合物厚度小于1 μm。预置Cu的Al/Cu T-接头沿壁板方向像同种材料对接接头,呈韧性断裂;预置Al的Al/Cu T-接头改变交界线缺陷走向,筋板方向获得一定高度的Al/Cu混合区,机械互锁结合效果达到最优,断裂多在交界面处,抗拉伸强度达157 MPa,呈混合断裂。预置焊丝是一种适用于Al/Cu异种FSW T-搭接接头焊接的良好方法。     

A7N01P-T4铝合金对-搭接结构的搅拌摩擦焊技术研究

通过采用不同的搅拌针偏移位置,对A7N01P-T4铝合金对-搭接结构进行搅拌摩擦焊接(FSW)试验,研究该工艺的桥接性,并分析其对接头组织和性能的影响。结果表明,在不同偏移位置下,均可获得成形良好的焊接接头,其组织主要由母材区、焊核区、热影响区以及热机影响区构成,但接头中存在钩状(hook)缺陷、S线和冷搭接缺陷,从而影响接头质量。当搭接贴合面置于后退侧时,若搅拌针向内偏移,S线对接头的危害显著增加,极大降低了接头的力学性能(最大载荷仅2.03kN);若搅拌针向外偏移,则冷搭接尺寸增加,但对接头性能(最大载荷为15.86～15.96kN)的影响不明显;当搭接贴合面置于前进侧时,S线对接头性能无明显影响,且搅拌针偏移对钩状缺陷尺寸与形状的影响较小,因而对接头性能影响不大(最大载荷为12.76～12.94kN),虽然该方式下最大载荷低于前者,但接头性能稳定性更好。此外,FSW技术在铝合金对-搭接结构的焊接中表现出了较好的桥接能力。     

不同下压量下TC4/A6061异种合金FSW接头成形及显微硬度研究

对2.5 mm厚的TC4钛合金板和A6061-T6铝合金板进行了搅拌摩擦焊对接试验,研究了不同下压量下接头的表面成形和显微硬度。试验结果表明:当下压量为0.10 mm时,焊缝表面出现沟槽缺陷;当下压量增大到0.26 mm时,焊缝两侧的飞边较多,且试件背部的铝合金与垫板发生粘连。当下压量为0.18 mm时,接头的表面成形良好且内部无缺陷,钛侧搅拌区的边界处出现了Ti-Al金属间化合物层,其厚度约为3μm。焊接接头的显微硬度最大值位于金属间化合物层处。     

铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2. 80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78%,焊接接头成形良好,无明显缺陷。     

Al/Al、Al/Cu组合搭接接头无针搅拌摩擦焊的前期研究

为了消除匙孔和避免硬母材对针的磨损等问题,使用无针搅拌工具的搅拌摩擦搭接焊(FSLW)焊接Al/Al和Al/Cu组合的搭接接头。在不同的拘束条件下:a)上板Al母材边缘一边夹紧一边自由;b)上板Al母材边缘两边全部用夹具夹紧,分别用直径为20 mm和30 mm的无针搅拌工具对厚约2 mm的Al/Al、Al/Cu组合板材实施搅拌摩擦焊工艺。针对Al/Al组合(软组合),无论采取哪种装夹方式,都能得到良好的焊接接头;针对Al/Cu组合,当采用(a)方式装夹时,上板未夹紧的一边出现明显地延展变形,易得到稳定可靠的搭接接头,当采用(b)方式装夹时,只有在增加压入深度和增大搅拌头直径(增加热输入)的情况下,才能得到部分焊合的搭接接头,若在搭接界面预置Zn箔作为钎料(搅拌摩擦钎焊,FSB),可以明显改善接头的强度。     

异种高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的缺陷和拉伸性能

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚2024/7075异种高强铝合金进行上下板交换位置的搭接焊试验,分析接头的缺陷特征和拉伸性能。结果表明:材料位置和焊接速度对缺陷和拉伸性能有较大影响。当2024铝合金为上板时,接头中存在大面积孔洞缺陷,焊缝表面粗糙,尤其在300 mm/min焊速下存在较严重的起皮缺陷;钩状缺陷为搭接接头的典型缺陷,低焊速(50和150 mm/min)下钩状缺陷向上扩展距离较大,7075铝合金为上板时高焊速(225和300 mm/min)下后退侧钩状缺陷水平向焊核区扩展距离较大;在低焊速下,7075铝合金为上板的接头强度较高;在高焊速下,2024铝合金为上板的接头强度较高;钩状缺陷严重减小接头的有效板厚和有效搭接宽度,是接头强度降低的主要因素,优化搅拌摩擦焊搭接工艺必须同时增大有效板厚和有效搭接宽度。     

AZ61B镁合金搅拌摩擦搭接焊接头断裂特征分析

采用搅拌摩擦焊对2 mm厚的AZ61B镁合金进行了搭接试验,通过剪切拉伸实验对断口处的显微组织进行观察,研究了焊接接头的断裂部位特征及断裂机理。结果表明,搭接接头的断裂部位在热机影响区,断裂起源于钩状缺陷。当搭接形式为上板置于前进侧时,接头断裂形式为45°剪切断裂,表现为韧脆混合断裂,其接头强度较高;当搭接形式为上板置于后退侧时,接头断裂形式为V型断裂,表现为韧性断裂,其接头强度相对较低。接头钩状缺陷、接头厚度方向受热梯度及热机影响区的晶粒定向拉长是影响接头断裂特征及力学性能的主要因素。     

焊接能量对铜铝超声波焊接接头界面元素互扩散的影响

采用超声波焊接方法对0.3 mm厚的Cu、Al箔片进行焊接,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等方法对接头界面组织和成分进行了研究,对界面金属间化合物(IMCs)的生成演变进行了探讨,并对焊接接头进行了剪切力测试。结果表明:当焊接能量较小时,Cu、Al元素在界面处发生互扩散,逐步形成了扩散反应区,析出α-Cu和α-Al固溶体相,随着焊接能量的增大,Cu/Al界面处发生变形,形成高密度位错累积,同时高温停留时间增长,Cu、Al元素快速扩散,形成第二相的驱动力增加,逐渐析出CuAl_2和Cu_9Al_4相。随着焊接能量继续增大,反应区慢慢生长,反应层也逐渐变厚,适中的反应层厚度能提高接头强度。     

In元素对Zn15Al5Cu钎料铺展性及微观界面的影响

为获得性能良好的铜铝钎焊用钎料,以Zn15Al5Cu钎料为基体,添加不同质量的In元素,制得Zn15Al5CuxIn(x = 0,1,3,5,x为质量分数)钎料;通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析测试手段,研究了Zn15Al5CuxIn钎料在铝板和铜板上的铺展性以及界面成分变化规律. 结果表明,添加适量的 In元素,可以明显改善Zn15Al5Cu钎料在铜铝两种板上的润湿性;随着In元素添加量的增加,Zn15Al5CuxIn元素钎料在铝板上铺展面积逐渐增大,当 In元素添加量为5%时,Zn15Al5Cu5In 钎料在铝板上铺展面积最大,为251 mm2,较基体钎料提高42.6%;随着In元素添加量增加,Zn15Al5CuxIn元素钎料合金在铜板上铺展面积先增大后降低,当In元素添加量为3%时,Zn15Al5Cu3In钎料在铜板上铺展面积最大,为110 mm2,较基体钎料提高了69%.     

Ni-P镀层对Cu/Al钎焊界面结构及性能的影响机制

为了研究Ni-P镀层对Cu/Al异种金属钎焊界面反应的影响,首次采用Zn98Al和BAl67Cu Si两种钎料对含/不含Ni-P镀层的T2紫铜与3003铝合金进行了高频钎焊,获得4种不同的钎焊接头,分别对接头Cu侧界面结构、抗剪强度、断口形貌、显微硬度及弯曲形貌进行了系统研究,并与无镀层接头进行对比.结果表明,T2表面镀覆Ni-P后,Cu/Zn98Al/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+8.8μm厚的Cu_3.2Zn_4.2Al_0.7化合物转变为1.5μm厚的Al₃Ni化合物,而Cu/BAl67CuSi/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+15μm厚CuAl₂转变为1.8μm厚Cu₃NiAl₆;与无镀层接头相比,镀覆Ni-P后,Cu/Zn98Al/Al接头强度略有上升,Cu/BAl67CuSi/Al接头强度略有下降,但两种接头的韧性均明显增强,力学性能试验结果与接头Cu侧界面微观组织转变规律相符.最后建立了Cu/Al接头的界...     

7075-T6高强铝合金CMT焊接头微观组织和力学性能研究

使用ER5356焊丝,对2.7 mm厚的7075-T6高强铝合金进行了CMT焊接试验,通过光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对接头的显微组织及断口形貌进行了分析。结果表明,焊缝成型美观,明显焊透,无气孔等缺陷。焊缝区组织主要是α固溶体和T相(Al Zn Mg Cu)组成,热影响区存在GP区。焊缝区的硬度最低,约为70~80 HV0.1,从焊缝边缘到母材,显微硬度逐渐增加,距离焊缝边缘5 mm处存在软化区。焊接接头拉伸断裂于熔合区,为韧性断裂,接头的抗拉强度为354 MPa,约为母材的61%。     

合金元素Cu对不锈钢钎焊接头组织及性能影响的研究

在BNi-7钎料中添加合金元素Cu用于焊接316L不锈钢,在钎焊温度为980℃、保温时间为10 min、钎焊间隙为100μm的条件下,研究了钎焊接头的微观结构、剪切强度以及端口形貌随不同Cu添加量的变化规律。结果显示,接头主要由不锈钢/钎料界面的Ni(Fe,Cr,Cu)固溶体和钎缝中心大花纹状的Ni(Fe,Cr,Cu)-CrNiP共晶组织和细点状的Ni3P-Ni(Fe,Cr,Cu)共晶组织组成。随着Cu添加量增加,钎缝中心的大花纹状的Ni(Fe,Cr,Cu)-CrNiP共晶组织增加,韧性相Ni(Fe,Cr,Cu)数量增加。接头的抗剪强度随着Cu添加量的增加而增加。当铜添加量为9%时,接头的抗剪强度最大为118 MPa。和不添加合金元素Cu比较,添加Cu元素的接头断口上有较多的撕裂棱,接头的韧性更好。