TiNi形状记忆合金与不锈钢激光焊接头裂纹分析及防止措施

采用激光焊对TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料进行焊接,用扫描电镜和激光共聚焦显微镜研究了TiNi合金/不锈钢接头裂纹及断口特征,分析了焊缝裂纹的形成机理,并提出了防止裂纹的措施.结果表明,裂纹多以微裂纹的形式出现于焊缝中心和TiNi合金侧熔合区.焊缝中存在大量的脆性化合物是产生裂纹的内在原因,接头受到拉伸应力是产生裂纹的必要条件,焊缝裂纹是二者共同作用的结果.通过焊接区加镍和钴中间层材料、改变激光光斑位置、焊接区施加轴向力及优化激光焊接参数的方法均能在一定程度上改善焊缝金属的裂纹敏感性,其中加金属中间层效果更为明显,加镍和钴中间层后,接头抗拉强度分别达到372和347 MPa,比未加中间层的接头的抗拉强度分别提高98.9%和85.6%.     

钛/钢异种金属激光焊接接头微观组织及数值模拟研究

为实现TC4钛合金与316L不锈钢异种金属的优质连接,采用Cu作为中间层进行激光焊接。研究表明,采用Cu中间层能够有效抑制界面脆性Ti-Fe金属间化合物的产生。随着焊接速度的增加,接头强度显著提高,TC4钛合金与焊缝界面主要为连续的Ti-Fe化合物层和非连续的Ti-Fe、Ti-Cu化合物层,厚度约为60μm。有效地降低了接头脆性、抑制裂纹,缓解了接头应力,能够获得良好的钛/钢异种金属激光焊接接头。     

Ti2AlNb基合金TIG焊接头组织与性能分析

采用不加丝和加丝脉冲TIG焊接工艺焊接了厚度为1.5 mm的Ti2AlNb基合金。观察了焊接接头区的组织形貌,测试与分析了接头的硬度和拉伸性能。试验结果表明,焊缝区为树枝晶组织形貌,而且组织分布出现了分层现象;加纯钛焊丝可以使焊缝的等轴晶区扩大;从母材向热影响区和焊缝区过渡,O相含量逐渐减少;由于相组成的变化,焊接接头的硬度分布规律为热影响区的硬度最高,母材次之,焊缝区最低;不加丝和加纯钛焊丝的焊接接头抗拉强度基本相当,而加纯钛焊丝的焊接接头断后伸长率显著提高;不加丝焊接接头的断裂模式为韧脆混合断裂特征,加纯钛焊丝焊接接头为韧性断裂特征。     

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.     

镀Cu层调控AZ31B/TC4激光熔钎焊接特性

采用钛表面电镀铜作为中间层,开展镁(AZ31B)/钛(TC4)对接激光填丝熔钎焊,对镁/钛非互溶不反应焊接体系进行调控. 主要研究了激光功率对镁/钛接头焊接质量的影响规律,进一步分析了不同工艺参数条件下镁/钛界面组织及接头力学性能. 结果表明,铜镀层提高了熔融焊丝在母材表面的润湿铺展并卷入到焊缝组织中,随着激光功率的增加,镁/钛界面形成Ti₃Al反应层的能力提高,界面结合强度随之提高. 在较高激光功率1 700 W时,接头拉伸载荷最高达到3 085 N,为镁母材的76.2%,而接头在较高激光功率下的断裂模式也由完全界面断裂转变为部分界面断裂.     

硬质合金/不锈钢激光焊焊接性分析

使用光纤激光作为焊接热源,采用不同厚度的因瓦合金对WC-20Co和316L不锈钢进行对焊。使用X射线检测技术、光学显微镜、扫描电镜分析了焊缝缺陷与显微组织,研究了因瓦合金中间层厚度对WC-20Co与316L的异质金属焊接接头的影响。研究结果表明:激光焊可以实现以因瓦合金为中间层的WC-20Co/316L不锈钢的连接。因瓦合金与316L不锈钢侧连接较好,熔合较均匀,而与WC-20Co侧熔合缺陷稍多,出现气孔、裂纹等缺陷。当因瓦合金厚度为1.5 mm时,可以获得综合性能较好的焊缝成形,其焊缝宽度为3.4 mm,且焊缝内部无裂纹、气孔等缺陷。     

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。     

铜夹层AZ31B/TC4异种金属TIG熔钎焊研究

以厚度50μm的纯铜箔作中间层,利用交流TIG熔钎焊方法对AZ31B镁合金和TC4钛合金进行搭接焊,观察分析了焊接接头的宏观形貌及显微组织,测定了焊接接头的元素分布及抗拉强度。结果表明,在电流70 A、焊接速度120 mm/min的条件下可以实现镁钛异种金属的可靠连接,熔钎焊接头由焊缝区、镁合金母材的热影响区和镁/钛界面结合区三部分组成,其中镁/钛界面结合区呈锯齿状嵌入式结构,其显微组织由α-Ti、α-Mg及沿α-Mg晶界分布的Mg-Cu-Al共晶体组成;试样拉伸断裂发生在焊缝区与热影响区的交接处,抗拉强度达到140 MPa,锯齿状嵌入式结构提高了镁/钛界面结合强度。     

基于高熵合金中间层的TA2与Q235电阻焊研究

本文针对钛和低碳钢焊接时易产生金属间化合物导致性能下降及裂纹等问题,采用焊缝高熵化技术路线,设计出TA2／Q235焊接用高熵合金中间层成分,应用急冷快速凝固装置制备出厚约60um、宽约4mm的Ti5Fe5Al30Ni30Cu30和Ti10Fe10Cr5Ni35Cu40高熵合金箔带,并将其用于TA2／Q235的电阻点焊。分析了焊接工艺参数与接头组织的相关性,研究结果表明,一定条件下应用Ti10Fe10Cr5Ni35Cu40中间层较Ti5Fe5A130Ni30Cu30中间层更易实现钛与钢的焊接。在焊接电流为5000～6000A,电极力为5000N,焊接时间为0．6s条件下,应用Ti10Fe10Cr5Ni35Cu40高熵合金中间层获得了TA2／O235的连接,焊缝组织细小均匀,焊缝与母材的结合区未出现金属间化合物迹象。     

高比分SiCp/2024铝基复合材料激光原位焊接头断裂行为

以Ti-6Al-4V合金作为中间层对45%(体积分数)的SiCp增强铝基复合材料进行激光原位焊接,对比分析了不同焊接条件下的接头断裂行为.结果表明,钛夹层厚度为0.5 mm时,有利于获得成形良好、界面结合性紧密的接头.接头断裂位置位于焊缝中心,抗拉强度可达母材强度的50%,此时的断裂机制为准解理断裂;钛夹层厚度增加到0.8 mm时,焊缝中易出现气孔、未熔合缺陷,界面反应也不充分,接头断裂位置位于接头界面,抗拉强度较低,断裂机制多为脆性断裂.     

银中间层对钢/铝激光双道焊接头组织与性能的影响

对钢/铝接头直接采用激光焊接时,接头极易产生脆性Fe-Al金属间化合物.针对该问题,采用激光双道焊接方法研究了银中间层对304不锈钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,预置银为中间层,采用双道激光焊接工艺,焊后接头成形良好;组织分析表明,焊缝区域明显分为靠近铝侧的区域A和靠近钢侧的区域B,区域A由富银相和富铝相混合组成,区域B由纯银(区域B1)和奥氏体相(区域B2)组成.此外,焊缝中未出现脆性Fe-Al金属间化合物.力学性能测试结果显示,断裂发生在接头处的纯银区,抗拉强度为175.59 MPa,断后伸长率约为3％.     

10Ni3CrMoV钢CO2激光多层焊的接头组织与性能

与传统电弧焊相比,激光焊接厚板优势明显。采用纯激光焊和激光电弧复合焊等多道焊接技术实现了28 mm厚10Ni3CrMoV钢的高效焊接,采用光学显微镜分析焊缝、热影响区和焊缝重叠区的组织,激光复合焊缝组织主要为针状铁素体,纯激光焊缝、粗晶区和细晶区组织主要为板条马氏体,激光复合焊缝重叠区组织为粒状贝氏体+马氏体,纯激光焊缝和激光复合焊缝重叠区组织为马氏体+少量粒状贝氏体。测试了焊接接头的力学性能,结果表明,激光复合焊缝金属的冲击韧性较高,焊接接头的抗拉强度和屈服强度与母材相当,延伸率略小于母材,焊接接头的最大硬度小于360 HV,弯曲性能合格。     

激光功率对纯钛薄板对接焊缝性能的影响

研究了纯钛薄板激光焊接对接接头的显微组织、力学性能、杯突性能及扩孔性能,评价了激光功率对接头性能的影响。结果表明:焊缝区显微组织为粗大α晶粒+锯齿状α晶粒+少量针状α晶粒+少量的α孪晶,热影响区显微组织为粗大α晶粒+不规则锯齿状α晶粒,在焊接热循环影响下,热影响区晶粒尺寸比焊缝区小;焊缝屈服强度高于母材,当激光功率取800 W时,焊缝强度最高,伸长率最大;当激光功率为650 W时,接头杯突值及扩孔率最佳,此时焊缝具有较好的成形性能。     

加入Ni基非晶带的TWIP钢激光焊接头组织及力学性能研究

采用激光焊对Fe-Mn-C-Al系TWIP钢进行不加非晶带和加入Ni基非晶带2种方法焊接,对2种方式下的焊接接头组织和力学性能进行了分析。结果表明:TWIP钢焊接接头结合良好,无裂纹等明显缺陷,添加Ni基非晶的焊缝处晶粒比未加非晶带焊缝处晶粒更加细小; 2种方法焊缝处的硬度均高于母材,添加非晶带的焊缝处硬度高于未添加非晶带的焊缝;在拉伸过程中,母材的抗拉强度为1 007 MPa,未加Ni基非晶的焊接试样抗拉强度为1 015 MPa,在焊缝处断裂,而添加非晶带的焊接试样抗拉强度为1 038 MPa,均高于母材和未加非晶带的焊接试样,拉伸时在母材处断裂。     

钛合金激光焊接工艺对比研究

通过单激光焊接、激光填丝焊接、激光-MIG复合焊接三种焊接方法对1.5 mm厚TC4钛合金薄板进行了焊接试验。试验结果表明,三种焊接方法中,单激光焊接接头的焊缝表面成型最优,其焊缝与热影响区也最小;激光填丝焊接接头的抗拉强度最高,为1058 MPa;单激光焊接接头的硬度略高于激光填丝和激光-MIG复合焊接接头的硬度。三种焊接方法的焊缝中心组织均为典型的铸态组织。单激光焊接接头的热影响区中晶粒保持母材的轧制状态,基本为无再结晶区;激光填丝焊接与激光复合焊接接头的热影响区依次为粗晶区、不完全再结晶区和无再结晶区,且晶粒逐渐变小。     

Ni/Si中间层对铝/钢激光焊接头组织与性能的影响

研究了以Ni箔以及预置Si粉的Ni箔为中间层的铝/钢异种金属激光焊行为. 系统考察了不同激光功率下预置Si粉的Ni箔中间层对铝/钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响. 结果表明,加入预置Si粉的Ni箔做复合中间层时,与只添加Ni箔片做中间层时相比,焊接接头的最大剪切力明显提高,其中激光功率为2 150 W时焊接接头的最大剪切力提高至1 307.96 N;Si粉的添加增加了熔池的流动性,并使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生了改变;焊缝区生成了Fe-Si及Al-Si二元新相,有效抑制了Fe-Al二元脆性相的生成,改善了铝/钢的焊接性. 因此,预置Si粉的Ni箔复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种金属激光焊过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能.     

Be/Al/Be激光焊接接头显微组织分析

铝为过渡材料,运用激光焊接技术实现了铍与铍激光熔焊连接.采用扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)、微控电子万能试验压力机及微区X射线衍射仪(XRD)对焊接接头的显微组织、剪切断口形貌、力学性能及相结构进行了试验研究.结果表明,Be/Al/Be激光焊接接头为铝与铍形成类似复合材料的双相组织,接头抗剪强度介于铝和铍的抗剪强度之间,随着焊缝组织铍含量增加,接头抗剪强度呈上升趋势、焊接接头断裂形式由塑性断裂向脆性断裂转变、断口形貌由韧窝断口向准解理断口过渡,焊缝中的金属化合物是导致焊缝失效断裂的主要原因.     

激光叠焊接头显微组织及力学性能分析

采用OM,SEM分析了TC4钛合金激光叠焊接头各部分显微组织特征,研究了接头力学性能.结果表明,TC4钛合金激光叠焊接头显微组织由焊缝及热影响区组成,焊缝为针状马氏体α'交织成的网篮状组织.0.8 mm厚TC4钛合金薄板激光叠焊最佳工艺参数为功率1 800～2 350 w,焊接速度为1.5～2.5 m/min,此时拉伸试样平均单位长度焊缝承载力为458 N/mm,连接焊缝最大抗剪强度达732 MPa.拉伸过程焊缝截面轴线偏转角θ与接头承载能力相关,θ角越大,接头承载能力越强.     

304不锈钢激光搭接焊接头的组织及力学性能

采用脉冲激光焊技术焊接304不锈钢薄板。利用光学显微镜、扫描电镜、万能试验机等分析检测手段,研究304不锈钢焊接接头的微观组织特点及激光功率对接头组织及力学性能的影响规律。结果表明,焊缝中心为细小的等轴晶,焊缝边缘为柱状晶组织,热影响区不明显。随着激光功率的增加,焊缝抗拉强度增大。激光功率为2.6 kW时,焊缝抗拉强度达到最大值491.7 MPa。继续增加激光功率,焊缝组织粗化,焊接接头抗拉强度降低。拉伸试样均在焊缝处发生断裂,焊缝中心是焊接接头最薄弱的部位。     

AZ31B/TC4填镍夹层激光-电弧对接熔化焊特性

为探求高界面反应温度下AZ31B/TC4异种合金的焊接冶金行为,开展了对1.5 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚TC4钛合金板材的对接焊研究。试验采用激光-TIG电弧双面焊焊接工艺,通过控制TIG焊电弧的偏移距离,调控激光与电弧复合热源的能量分布,获得更满意的焊缝成形;通过填镍夹层,改善界面润湿和结合能力。采用扫描电镜、金相显微镜、万能拉伸试验机分析了接头宏微观组织形貌和拉伸性能。研究结果表明:采用激光-TIG电弧双面焊接工艺,能够获得连续、美观、稳定的焊接接头成形,焊接接头的抗拉强度为153.7 MPa;焊接接头横截面呈"楔形"结合形貌,Mg/Ti界面实现熔化焊,钛合金镶嵌在镁合金中间,得到了冶金连接接头;镁/钛界面结合良好,没有裂纹、气孔等缺陷,镁合金铺展在熔化的"楔形"钛合金表面,增大了镁/钛界面的连接面积,进而提高了镁/钛界面的承载能力。