铝/铜异种金属脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊接头的组织与力学性能

采用ER4047铝硅焊丝对5052铝合金与T2紫铜进行脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊,并对接头显微组织、物相成分及力学性能进行分析。结果表明:通过控制焊接热输入可以获得成形良好的铝/铜熔钎焊搭接接头。焊接接头由铝侧熔合区、焊缝区和铜侧类钎焊区组成,其中铜侧类钎焊区可分为金属间化合物层区和Al-Cu共晶区两部分。焊缝区组织为珊瑚状Al-Cu共晶体均匀分布在α(Al)固溶体中;铜侧金属间化合物层主要由条块状Al_2Cu组成。随着焊接热输入的增大,金属间化合物层的厚度在增大,而接头的抗拉强度先增大后减小;当熔化的焊丝及铝母材在铜母材上润湿良好并且焊缝与铜母材之间金属间化合物的厚度较小时,接头抗拉强度达到最大值,为167.7 MPa。     

Cu/Al/Cu层状金属复合材料电子束焊接接头特征

研究了Cu/Al/Cu层状金属复合材料的电子束焊,对焊接接头的表面成形、微观组织、力学性能进行分析。结果表明,采用电子束焊可以实现Cu/Al/Cu层状金属复合材料的有效连接。不同金属层焊缝宽度明显不同,铝层焊缝宽度最大,且铝层金属大量进入顶部和底部的铜层焊缝中。各层母材和焊缝界面均出现了IMCs层,铝层主要是Al2Cu,铜层则主要是AlCu,Al2Cu。在焊缝中心生成大量的块状Al2Cu,均匀分布在α-Al和Al2Cu组成的共晶组织基体中。接头抗拉强度为44 MPa,断口呈现明显的脆性断裂特征,拉伸断裂位置于显微硬度最高的焊缝中心区。 创新点： (1)采用Cu/Al/Cu层状金属复合材料代替纯铜在工业领域的应用。 (2)采用电子束焊接技术实现Cu/Al/Cu三明治结构层状金属复合材料的焊接。     

铝/黄铜异种金属TIG熔钎焊接头显微组织与力学性能

采用Zn-2%Al(质量分数)药芯焊丝对5052铝合金和H62黄铜进行TIG熔钎焊搭接试验,并对接头显微组织、界面层结构及力学性能进行分析。结果表明:Zn-2%Al药芯焊丝在黄铜母材表面润湿性良好,能够获得较好的铝/黄铜熔钎焊接头。在黄铜侧过渡区形成块状和条状的Al Cu脆性金属间化合物相,同时在黄铜侧界面处形成Cu9Al4、Cu Zn金属间化合物层。随焊接热输入的增大,界面层厚度先增大后减小,接头拉伸载荷也是先增大后减小。焊缝中心区及界面层的显微硬度高于铝和黄铜母材的。接头拉伸时断于黄铜侧界面区,且断口为解理断裂。     

镁/铜异种金属激光填丝熔钎焊接特性分析

对T2纯铜板与AZ31B镁合金板以搭接接头形式进行激光填丝熔钎焊试验,研究了等热输入下激光功率对镁/铜界面附近物相结构、分布和接头性能的影响. 结果表明,在适当的焊接工艺参数下可获得成形良好并具一定强度的镁/铜搭接接头,抗剪强度最大可达164.2 MPa,为镁合金母材的64%. 激光功率较低时,镁/铜界面主要为极薄的Mg-Cu共晶组织. 当激光功率较高时,从焊缝侧到铜侧,界面组织为α-Mg+(Mg,Al)2Cu共晶组织/Mg2Cu+Cu2Mg金属间化合物/Mg-Al-Cu三元化合物/Mg2Cu+Cu2Mg金属间化合物;焊缝侧到铜侧,硬度先增大而后突然减小,再缓慢增大,结合面附近达到最大硬度165 HV. 金属间化合物是影响焊接接头性能的主要因素,接头在此处发生脆性断裂.     

铝/钛异种金属冷金属过渡熔钎焊接头分析

以ER4043的铝焊丝对6061铝合金和TA2纯钛进行CMT熔钎焊,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分析了焊接接头的微观组织特征,并通过拉伸试验对接头进行了力学性能的评定. 结果表明,焊接接头具有熔焊和钎焊双重性质:铝母材局部熔化,与熔化的焊丝金属混合后凝固形成焊缝;而没有熔化的钛母材通过Ti原子的扩散与焊缝金属形成金属间化合物结合层的钎焊界面. 钎焊界面处反应层可分为靠近钛板一侧的连续层Ti₃Al和向焊缝内部生长的锯齿状的反应层TiAl₃. 当钛板坡口角度为30°时,钎焊界面化合物生长均匀良好,接头会断裂在铝母材的热影响区,最高抗拉强度达到197.5 MPa.     

纯Al与镀锌钢板TIG熔-钎焊接头的界面结构特征

采用Al-Si药芯焊丝,研究了纯Al与镀锌钢板的TIG熔-钎焊工艺,分析了接头的界面结构特征及其性能。研究结果表明,在40～60 A的低焊接电流条件下,即可成功实现纯Al与镀锌钢板的TIG熔-钎焊。当焊接电流为40 A时,只有在焊缝/Fe母材结合界面存在Al-Fe-Si三元金属间化合物,厚度约为2 μm,靠近Al母材的焊缝金属由α-Al树枝晶和网状Al-Si共晶组成。当焊接电流增大时,焊缝/Fe母材结合界面金属间化合物中的Fe含量明显增加,可能发生了由Al_9Fe_2Si_2向Al_8Fe_2Si的转变,厚度增至约5 μm,Fe母材表面铺展边沿的焊缝金属中也出现大量长条状金属间化合物,而焊缝金属中心位置至Al母材之间区域没有金属问化合物。Al/Fe接头的抗拉强度系数接近80%,接头断裂发生在Al母材热影响区位置,没有发生在界面金属间化合物层的情况。     

LF2铝合金与Q235钢加入中间Cu层电子束焊接接头组织及形成机理

对2 mm厚的LF2铝合金和Q235钢平板试件进行了加入中间过渡层金属Cu的电子束对接焊接试验,利用光学金相、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头各区域的组织结构和成分分布.结果表明,接头可分为三个焊缝组织区域,其中靠近钢侧的焊缝区主要为Fe基固溶体,并含有少量金属间化合物;靠近铝侧的焊缝区为含有Fe-Al系及Al-Cu系金属间化合物的Al基固溶体;焊缝中部区为呈层带状分布的多种Fe-Al以及Al-Cu脆性金属间化合物混合区.分析认为虽然引入了铜过渡层,但在焊缝中依然有较多金属间化合物生成,特别是焊缝中部区域上,呈连续层带状分布的多种脆性金属间化合物的产生是影响接头强度的主要因素.在对接头组织结构分析的基础上,建立了描述LF2/Q235异种金属电子束对接接头形成过程的物理模型.     

几种铝钢异种金属熔钎焊工艺的对比与分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG焊、CMT及激光焊方法实现铝/镀锌钢板搭接焊,对焊缝界面微观组织、形貌及元素成分进行了观察分析,并测试了其力学性能.结果表明,三种焊接方法均可以实现铝/镀锌钢板异种金属的优质连接,获得成形良好的焊缝,搭接接头的抗拉剪强度均可以达到铝合金母材的80%以上,拉伸试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区.当母材热输入及工艺合适时,三种方法下搭接接头界面处均形成一主要成分为Fe₂Al₅和FeAl₃,平均厚度约为8 μm的金属间化合物,而且控制金属间化合物的生成是获得铝/钢焊接优质接头的关键.     

AZ31B镁合金TIG-MIG双弧焊接组织分析

研究了2 mm厚的AZ31B镁合金薄板在TIG-MIG双弧堆焊条件下的工艺特点,利用金相显微镜、扫描电镜等对焊接接头显微组织、焊缝相成分等进行了分析。结果表明,焊接接头主要由母材、热影响区、焊缝区组成。在热影响区和焊缝区之间有较明显的熔合区,该区域由熔池边界半熔化状态的部分冷却而成。由于热循环和焊接冶金作用有大量的析出物(Mg17Al12),因此可以推断此处力学性能较差。焊缝区组织较细,有多种金属间化合物析出。     

铝硅焊丝成分对铜铝异种金属CMT焊接接头特征的影响

采用冷金属过渡(CMT)焊对异种金属T2和1060Al进行焊接,选用S301、ER4043、ER4047 3种焊丝作为填充材料,研究在适当工艺参数下,焊丝成分对焊接接头组织、相组成、界面化合物形态及硬度的影响。结果表明:3种焊丝焊接的接头均由焊缝区、结合区、熔合区组成,且靠Cu侧的焊缝结合区均生成了较厚的界面化合物层。结合区的组织主要为(α-Al+Cu Al2)共晶和Cu Al2金属间化合物相,当采用含Si量12.0%的ER4047焊接时结合区还析出了块状Si。焊丝中添加Si元素,抑制了靠Cu侧焊缝区界面化合物生长,并改变了化合物形态。同时,界面化合物生成,也导致3种焊缝均在靠Cu侧出现显微硬度的高峰区。     

焊接热输入对铝/镀锌钢CMT熔-钎焊接头组织与性能的影响

采用ER4043焊丝对5052铝/Q235镀锌钢进行CMT熔-钎焊,研究焊接热输入对接头组织及性能的影响.结果表明,焊缝熔宽、热影响区粗化程度、界面层硬度及厚度均随热输入的增加而增大,过热组织粗化导致拉伸试样在铝母材热影响区断裂.熔焊区组织主要为垂直于基底向焊缝中心生长的α-Al树枝晶及Al-Si共晶组织,钎焊区界面层厚度在2.55~6.86μm之间,铝侧界面主要为FeAl₃金属间化合物,呈凹凸不平锯齿状;钢侧界面平滑,主要为Fe₂Al₅(热输入较低时)或FeAl₂,FeAl(热输入较高时).     

RuTi/1060Al脉冲熔化极氩弧熔-钎焊接头组织特征

对RuTi钛合金与1060Al进行脉冲熔化极氩弧熔-钎焊(P-GMAW),采用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪等对RuTi/1060Al接头显微组织进行分析;对焊缝中的析出相及钛合金侧过渡区进行能谱(EDS)元素分布分析.结果表明,RuTi/1060Al接头焊缝由α-Al树枝晶及分布于树枝晶边界的α-Al+Si共晶组织组成.焊缝中出现了由Ti(Al,Si)₃金属间化合物组成的条状、块状析出相.RuTi钛合金与焊缝之间形成了一层厚度小于10 μm、主要由Ti(Al,Si)₃金属间化合物组成的锯齿状过渡区.随着焊接热输入的增加,Ti/Al过渡区由锯齿状向条状变化.钛合金热影响区主要由针状α″马氏体与条状α'马氏体组成,显微硬度为2.16~2.65 GPa.     

2219-T651铝合金激光摆动焊接接头微观组织和力学性能

采用激光摆动焊接技术对2219-T651铝合金进行了不同摆动幅度和频率下的焊接试验,研究了摆动工艺参数、焊缝气孔率和宏观成形、接头组织和性能之间的内在联系.结果表明,与无摆动焊接相比,激光摆动焊接可以降低焊缝气孔率,尤其随着摆动幅度的增加,当摆动幅度为2.5 mm时,气孔率降至1.66%.与母材相比,热影响区和熔化区发生软化.靠近焊缝的热影响区,由于沉淀强化作用的变弱,硬度逐渐降低,直至出现“平台”.而由α(Al)基体以及枝晶间和晶界α(Al)+θ(Al₂Cu)共晶相组成的熔化区,因铜的偏析导致固溶强化效果被削弱,表现出最低的硬度.此外,部分摆动参数下焊缝晶粒尺寸有所细化,这引起了其硬度的略微升高.当摆动频率为150 Hz和摆动幅度为2.5 mm时,接头的抗拉强度高达318 MPa,约为母材抗拉强度的69.4%,接头抗拉强度与断口孔洞面积占比呈线性负相关关系,焊缝气孔率是影响焊态接头抗拉强度的主要因素.     

Weld brazing of copper thick plates

Abstract

The weld brazing of 6 mm thick copper plates without preheating was investigated. The weld metal of weld brazing is composed of α-Cu solid solution and Cu–Ag–P eutectic structure, and the α-Cu solid solution in the weld metal of weld brazing is larger than that in the brazing weld. The average hardness values within the weld are 60 HV (50 g) lower for weld brazing than for brazing. In all weld brazing specimens tested, the failure was located in the heat affected zone with a tensile strength slightly lower than the base metal but similar to the arc welding joints.     

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.     

焊丝成分对铝/铜激光熔钎焊接头组织和性能的影响

通过添加Zn-Al焊丝成功实现了2A16铝合金/T2铜异种材料的激光熔钎焊连接,并采用扫描电子显微镜和能谱仪对接头的微观组织进行表征,同时,研究了Zn-2％Al,Zn-5％Al和Zn-10％Al?3种焊丝对接头成形、微观组织以及力学性能的影响.结果表明,铝/铜激光熔钎焊接头主要由CuZn相,Al2Cu相,Al4Cu9相...     

铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能

采用数字化脉冲MIG焊机,以ER4043焊丝为填充材料.实现了6013-T4铝合金薄板与镀锌钢板的熔-钎焊接,研究了焊接热输入对接头组织和性能的影响,结果表明,在熔-钎焊接头熔化焊缝焊趾处存在主要由Zn-Al共晶体、富A1的α固溶体和Fe3Al组成的富Zn区:钎焊界面上的Fe-Al金属间化合物层厚度在1.05-4.50μm之间.且随焊接热输入的增加而增大.Fe-Al金属间化合物呈"锯齿"或"舌"状向焊缝内生长,主要为FeAl₂,Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃.随着焊接热输入的增大,熔-钎焊接头的抗拉强度先增大而后减小.在850 J/cm的热输入下达到229 MPa,拉伸后在铝合金焊接热影响区发生断裂,为塑韧性断裂;当焊接热输入较小时接头在钎焊界面断裂,属于脆性断裂.     

7A52铝合金-钢异种结构CMT熔钎焊接头组织及镀镍层的行为与影响

以ER4043铝硅焊丝为填充金属,研究了Q235钢螺柱与7A52铝合金板CMT焊接工艺,在焊接电流115~135 A,电弧电压14.5~16.5 V,焊接速度0.3 m/min条件下,焊接过程稳定,焊缝成形连续美观.结果表明,7A52铝合金侧熔合区界面为熔焊特征,铝母材发生熔合,熔合良好;钢螺柱侧熔合区为钎焊特征,界面存在反应层,由靠近钢螺柱的Fe₂Al₅层和靠近焊缝侧的FeAl₃层组成,整体反应层厚度由根趾向焊趾方向逐渐减小.焊趾部位出现富镍区,主要由Al₃Ni的共晶组织及少量Al₃Ni₂组成.与无镀镍层焊缝比较表明,镀镍层在焊接过程的行为降低了界面反应层厚度,且通过形成富镍区,降低了接头的脆性,使接头抗剪切强度提高了15%~19%,最高达到146.9 MPa,满足了高强铝合金螺柱焊接的质量要求.     

Microstructure and Mechanical Properties of Dissimilar Double-Side Friction Stir Welds Between Medium-Thick 6061-T6 Aluminum and Pure Copper Plates

It is difficult to achieve Al/Cu dissimilar welds with good mechanical properties for medium-thick plates due to the inherent high heat generation rate at the shoulder-workpiece contact interface in conventional friction stir welding. Thus, double-side friction stir welding is innovatively applied to join 12-mm medium-thick 6061-T6 aluminum alloy and pure copper dissimilar plates, and the effect of welding speeds on the joint microstructure and mechanical properties of Al/Cu welds is systematically analyzed. It reveals that a sound Al/Cu joint without macroscopic defects can be achieved when the welding speed is lower than 180 mm/min, while a nonuniform relatively thick intermetallic compound (IMC) layer is formed at the Al/Cu interface, resulting in lots of local microcracks within the first-pass weld under the plunging force of the tool during friction stir welding of the second-pass, and seriously deteriorates the mechanical properties of the joint. With the increase of welding speed to more than 300 mm/min void defects appear in the joint, but the joint properties are still better than the welds performed at low welding speed conditions since a continuous uniform thin IMCs layer is formed at the Al/Cu interface. The maximum tensile strength and elongation of Al/Cu weld are, respectively, 135.11 MPa and 6.06%, which is achieved at the welding speed of 400 mm/min. In addition, due to the influence of welding distortion of the first-pass weld, the second-pass weld is more prone to form void defects than the first-pass weld when the same plunge depth is applied on both sides. The double-side friction stir welding is proved to be a good method for dissimilar welding of medium-thick Al/Cu plates.     

Cold metal transfer welding–brazing of magnesium to pure copper

Magnesium alloy AZ31B and pure copper T2 were lapped and joined by cold metal transfer (CMT) welding–brazing method by AZ61A magnesium alloy wire with a 1·2 mm diameter. Results indicated that a satisfied Mg/Cu CMT welding–brazing joint was obtained in the stable welding processes with no spatter. The joint was composed of Mg–Mg welding joint formed between the Mg weld metal and the Mg base metal, and Mg–Cu brazing joint formed between the Mg weld metal and the local molten Cu base metal. The microstructure and the intermetallic compound (IMC) distribution were inspected and analysed in detail. The interfacial reaction layers of the brazing joint consisted of Mg₂Cu, Al₆Cu₄Mg₅, MgCu₂ and Mg₁₇Al₁₂ IMCs. The tensile shear strength of the Mg/Cu CMT welding–brazing joint could reach 172·5 N mm^?1. In addition, two different fracture modes were observed: at the fusion zone and at the brazing interface.