铝/钢光纤激光填充粉末熔钎焊接头界面组织与力学性能

采用经积分镜整形为矩形的光纤激光光斑,对AA6061/镀锌钢异种金属接头进行了激光填充粉末熔钎焊连接,并分析了接头连接界面的显微组织及其对接头力学性能的影响.结果表明,选择优化的焊接参数,获得了成形饱满、无裂纹气孔等缺陷的焊缝;熔钎焊接头的金属间化合物组织由层状和枝晶状两部分组成.层状金属间化合物组织由Fe2Al5组成,枝晶状金属间化合物组织由τ1(Al2Fe3Si3)和Fe4Al13组成;拉伸试样均断裂在钎料/镀锌钢界面,断口呈脆性断裂特征.接头机械抗力水平由连接界面宽度与金属间化合物层最大厚度的比值决定.     

5A02铝合金与镀锌钢CO2激光熔-钎焊接工艺

利用激光熔-钎焊实现了5A02铝合金板和镀锌钢板的优质连接。对焊缝的金相分析表明,接头钢母材未发生熔化,钢一侧为钎焊,铝一侧为熔焊;对接头的组织和结构分析表明,在焊缝金属和镀锌板的界面区形成的金属间化合物,主要成分为Fe6AlSi、FeAl和FeAl3;拉伸试验表明,焊接接头的抗拉强度可达155.720 MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的76.97%,试样断裂在铝合金母材热影响区,接头的断裂主要是塑性断裂,但有脆性断裂的痕迹。     

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。     

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.     

铝合金／镀锌钢TIG熔钎焊接头界面组织及力学性能

采用TIG熔钎焊进行了铝基钎料在镀锌钢板上的润湿铺展试验及铝合金与镀锌钢板的搭接试验,分析了钎料在钢表面的润湿铺展性,研究了接头界面组织,并测试了接头力学性能.研究结果表明,在1rIG电弧热源作用下铝基钎料在镀锌钢板上润湿铺展良好,钢板未熔化,润湿角<20°;获得了较好的铝合金与镀锌钢搭接接头,钢母材侧为钎焊连接,金属间化合物层厚度<9.0 um,从焊缝侧到钢侧金属间化合物经历了FeAl3-Fe2Al5+FeAl2→FeAl2+FeAl的转变,铝母材侧为熔焊连接,焊缝晶粒尺寸明显增大;搭接接头存在局部"未钎合"缺陷,成为裂纹根源,导致接头断裂在焊根附近的焊缝上,抗拉强度仅有90 MPa.     

包覆钎料铝-钢螺柱焊接头组织及性能

采用包覆钎料感应加热方法,以AlSi钎料作为焊缝填充金属,对Q235钢螺柱和6061铝合金进行钎焊.利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析等表征方法,对接头的组织、成分和相组成等进行了分析.结果表明,AlSi钎料与铝母材反应充分,Si元素扩散至铝母材形成针叶状的共晶组织,焊缝近钢侧生成一条狭窄连续的Fe-Al金属间化合物,并沿垂直于铝基体的方向生成出胞状晶,金属间化合物层由Fe2Al5和FeAl3的混合相组织组成.力学性能测试表明,接头的抗剪强度最大为65 MPa,近钢侧金属间化合物的显微硬度值较高,接头断裂在金属间化合物区域,属于延性断裂.     

铝/钢激光-MIG复合热源熔-钎连接试验研究

基于激光-MIG复合热源焊接实现了5A02铝合金与镀锌钢、镀铝钢及非镀层Q235钢的优质、高效熔-钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及微观结构作了分析.结果表明,利用该连接方法可以在高速焊接条件下实现铝/钢熔-钎连接,最高焊接速度可达5 m/min;得到的熔-钎接头的抗拉强度接近于该铝合金熔化焊接头的抗拉强度,接头的抗剪强度高于90 MPa;焊缝钎接界面处生成的金属间化合物主要为Fe_3Al、FeAl_2、Fe_2Al_5、FeAl_3,金属间化合物层厚度太薄或太厚均会影响接头的强度,化合物层厚度在1.5～4 μm范围内最佳.     

铝合金/不锈钢异质金属激光焊接头组织及性能研究

采用316L不锈钢薄板与6063铝合金板作为焊接材料进行纳秒脉冲激光搭接焊接试验,分析了激光扫描路径和激光参数对铝/钢纳秒脉冲激光焊接头界面形貌特征及金属间化合物相组成的影响,并对接头力学性能进行试验.试验结果表明,在靠近钢侧焊缝产生了 Fe3Al及FeAl化合物,靠近铝侧为FeAl3,Fe2Al5,FeAl2化合物....     

镁/钢异种金属CMT对接熔钎焊连接机理

文中用AZ61镁焊丝以及冷金属过渡焊接方法对接形式连接镁合金AZ31和镀锌钢板,在焊接过程中保持焊接速度不变,通过调节送丝速度和对钢板开不同的坡口研究不同焊接工艺参数下焊缝的表面成形、接头的力学性能和微观组织结构. 结果表明,通过调节合适的焊接参数以及坡口形式,镁-钢之间能形成焊缝成形美观、接头最大抗拉载荷达到4.02 kN的镁钢对接熔钎焊接头. 并且熔钎焊接头包括镁侧的熔焊接头和钢侧的钎焊接头,钎焊接头由两部分组成,一部分是坡口面上的镁与裸钢板之间的钎焊接头,另一部分是镀锌钢板上表面的镁-镀锌钢之间的钎焊接头. 镁-镀锌钢侧的钎焊连接主要由靠近镁侧的(α-Mg+MgZn)的共晶相,以及靠近钢侧的Fe-Al相反应层实现连接. 无镀锌层的钢和镁连接主要依靠焊丝中的微量Al元素扩散到钢表面形成Fe/Al相来实现连接.     

铝/镀锌钢激光填丝熔钎焊对接接头的组织与力学性能

采用不同的送丝速度对5056铝合金和ST04Z热镀锌钢进行激光填丝熔钎焊对接试验,焊接材料为Al Si12焊丝,用SEM、EDS、XRD、显微硬度计和拉伸试验机对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行研究。结果表明:在适当的焊接参数下,使用激光熔钎焊可实现良好的单面焊双面成形,获得铺展性良好的对接接头。在铝合金侧母材与填充金属混合后形成焊缝,焊缝区与镀锌钢的界面处不同位置形成了厚度不均的金属间化合物层。熔钎焊接头主要的金属间化合物为脆硬的Fe_2Al_5、Fe_4Al_(13)。随着送丝速度的增加,接头铺展性变好,接头中间位置的金属间化合物层厚度先减小后增加,接头抗拉强度先增加后减小。焊接接头最大抗拉强度可达143 MPa,拉伸断裂在铝侧的熔合区,呈准解理断裂。     

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/钛异种金属激光/激光-CMT复合熔钎焊工艺及其组织与力学性能

选用5A06铝合金和Ti6Al4V钛合金为母材,ER4047焊丝和粉状Nocolok钎剂为填充材料,采用激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊两种焊接方法,并对两种焊接接头的微观组织和力学性能进行对比分析.结果表明,激光熔钎焊与激光-CMT复合熔钎焊在合适的焊接工艺下均容易获得连续、稳定的焊接接头.铝/钛激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊缝中部组织均为α-Al固溶体和Al-Si共晶组织.激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊均在钛合金上表面处界面反应层最厚,其厚度分别小于10和6μm.激光熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为锯齿状,激光-CMT复合熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为层片状.激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊接接头均断裂在焊缝区,焊接接头平均抗拉强度分别为252和209 MPa,激光熔钎焊比激光-CMT复合熔钎焊接头抗拉强度高20%,而激光-CMT复合熔钎焊比激光熔钎焊焊接效率提升约1.5倍.     

7075铝合金/镀锌钢板CMT熔钎焊组织及性能研究

采用Al-12Si焊丝对7075铝合金和镀锌钢板进行了CMT熔钎焊连接,并对接头的组织及性能进行了分析。结果发现,CMT熔钎焊能实现7075铝合金和镀锌钢板的良好焊接。熔钎焊接头由钢侧界面区、焊缝区、富锌区和铝侧热影响区组成。钢侧界面区组织是Al_(7.2)Fe_2Si三元化合物,厚度约为2~3μm。焊缝中心为α-Al基固溶体和Al-Si第二相组成;通过拉剪试验获得接头抗拉强度为73 MPa,接头断裂在铝侧热影响区,该区域组织发生了软化现象。     

采用AlSi5焊丝CMT熔钎焊7075铝合金/镀锌钢板接头组织及性能分析

采用CMT熔钎焊,对车用镀锌钢板和7075铝合金进行焊接试验. 通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、EDS能谱分析和X射线衍射仪对接头的显微组织及断口形貌进行分析. 结果表明,焊缝成形美观,焊接时铝侧发生熔化焊,钢侧发生钎焊. 焊接接头分为富锌区、焊缝区、焊缝热影响区和钢侧界面层,其中钢侧界面层主要生成FeAl3和Fe2Al5. 同时对熔钎焊接头进行拉剪试验,发现接头的断裂部分发生在钢侧界面层为解离断裂,属于脆性断裂,发生在热影响区的为韧窝断裂,属于韧性断裂,接头承受的最大拉剪强度为127 MPa.     

铝/镀锌钢复合热源熔-钎接头中的Al-Fe 金属间化合物层分析

分析了铝/镀锌钢复合热源熔-钎接头中Al-Fe金属间化合物层的相结构,研究了焊接热输入对接头中Al-Fe金属间化合物层厚度的影响及化合物层厚度对接头抗剪强度的影响.结果表明,生成的Al-Fe金属间化合物层主要由Fe3Al,FeAl2,Fe2Al5以及FeAl3组成,并且Al-Fe金属间化合物的生成过程伴随着Si元素的富集现象;Al-Fe金属间化合物层厚度随焊接热输入的增大而增大,但电弧能量对化合物层厚度的影响要大于激光能量对化合物层厚度的影响;Al-Fe金属间化合物层厚度并非越薄越好,化合物层厚度在1.5～4μm范围内,Al-Fe金属间化合物层厚度对接头抗剪强度的影响不大.     

5A02/0Cr18Ni9异种金属电子束焊接接头组织与性能

对5A02防锈铝与不锈钢0Cr18Ni9进行了电子束焊接,分析了接头成形、显微组织、力学性能与断口特征.结果表明,铝、钢的对中焊接头中生成了大量的脆性Fe-Al金属间化合物,未能实现有效连接.偏束焊接头成形总体较好,两母材实质为熔—钎连接,铝—钢界面上生成了一层厚度为1.5μm的化合物层,X射线衍射分析结果显示化合物层由FeAl,FeAl3与FeAl6等相混合组成.熔—钎焊接头最高抗拉强度达136MPa,为铝母材强度的62.7%,断口呈现出脆性断裂与韧性断裂的混合特征,接头的断裂发生在化合物层及其附近的铝焊缝区域.     

铝/钢异种金属的沉头铆钉电阻单元焊工艺研究

采用沉头铆钉与沉头孔配合的电阻单元焊工艺连接了钢和铝合金,在Q235/5052Al界面形成了FeAl3金属间化合物。在DP780/Al界面形成了Fe2Al5和FeAl3金属间化合物。焊接电流对熔核直径、拉剪力、铝热影响区平均硬度以及铝板的承载面积有显著影响。确定了3种主要的失效模式:界面失效断裂模型、熔核拔出失效断裂模型和铝热影响区失效断裂模型。在焊接电流为18kA时,获得了最佳的接头力学性能,拉剪力达到5 712N,且失效模式为熔核拔出失效。     

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接接头的组织与断裂行为

采用Al-Si共晶钎料对TC4钛合金与2A12铝合金异种合金进行钨极氩弧焊接,研究焊接电流对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:当焊接电流为110~120 A时,焊接接头的抗拉强度最高可达158 MPa,此时焊接接头上部断裂在焊缝中,下部断裂在钛合金与焊缝的界面上。焊缝组织主要由α(A1)基体和在晶界析出的A1-Si共晶相组成,而钛合金与液态钎料在接头界面上部化学反应形成3种不同形态的Ti Al3金属间化合物,而在接头界面下部只形成针状的τ1金属间化合物。当焊接电流达到并超过140 A时,接头界面化合物厚度显著增至300μm左右,导致抗拉强度急剧下降。     

焊后热处理对铝合金/镀锌钢接头组织与力学性能的影响

采用TIG熔-钎焊方法并添加AlSi_5焊丝,对1.5 mm厚的5A06铝合金和3 mm厚的镀锌Q235钢进行焊接。分析了焊后退火热处理对接头微观组织和力学性能的影响规律,热处理条件为280℃保温30 min。研究结果表明,采用TIG熔-钎焊的方法可以实现铝/钢异种金属的焊接,铝/钢界面处会产生金属间化合物层,焊态接头中金属间化合物层的厚度为4～5μm,化合物层主要由Al_8Fe_2Si相和少量的[Al,Fe,Si],Al13Fe4相组成,接头的抗拉强度值为163 MPa,断裂发生在焊缝处。对接头进行退火热处理后,接头中金属间化合物层的厚度增加到9～10μm,化合物层的组织无明显变化,主要由Al_8Fe_2Si相和少量的[Al,Fe,Si],Al₁₃Fe_4相组成,接头的抗拉强度值达到185 MPa,断裂发生在铝母材侧。     

镀Zn钢-6016铝合金异种金属的激光熔钎焊及数值模拟

熔钎焊是抑制或减少钢/铝异种金属激光焊接过程中FeAl脆性金属间化合物产生的有效工艺方法。采用光纤激光器,不添加任何钎料,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用MATLAB软件,针对焊接过程的实际情况,在一定的基本假设下建立准稳态下钢/铝异种金属激光焊接熔池形状的数学模型,基于准稳态形状控制方程数值计算获得的熔池几何形状分布,结合试验来调整焊接工艺参数,获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段研究焊接接头各区域的金相组织、主要元素分布与物相组成。结果表明:焊接激光束照射搭接在钢板上的铝板对接焊缝时,焊接功率和焊接速度对熔池几何形状的影响较大,随着激光功率的增大,熔深增加;而随着焊接速度的增加,熔深却变浅。当焊接功率为1 600~1 800 W、焊接速度v=30 mm/s、离焦量D=0 mm时,焊缝成形性良好,无明显裂纹、气孔等缺陷,焊接接头区域存在一个台阶状结构,在平台区域,钢/铝两钟金属存在明显的界限,界面结合依靠液态的铝在钢母材表面上的润湿、填充和铺展等作用;下凹区域,钢/铝熔合较好,Fe和Al元素的混合区宽度较大,未形成明显的FeAl脆性金属间化合物,Fe和Al的热扩散是该区域界面结合的主要原因。