钛/铝异种轻金属熔焊缺陷及解决工艺

讨论了钛/铝异种轻金属熔焊过程中易出现氧化物夹杂、焊接裂纹及Ti-Al脆性金属间化合物等缺陷,简要分析了焊接缺陷产生的原因。根据国内外针对钛/铝异质接头熔钎焊研究的进展,提出了改善接头过渡区显微组织的方法。采用一种新的熔钎焊技术,可以解决焊接过程中出现的部分缺陷,但也存在接头厚度方向Ti/Al界面组织分布不均匀的问题。采用脉冲电流或超声波辅助等特殊工艺,可以改善Ti/Al界面组织,提高接头的性能。     

钛合金与铝合金异种金属钎焊及熔钎焊研究进展

钛合金和铝合金广泛应用于航空航天、舰船和汽车等工业中，钛/铝连接结构也得到越来越多的重视。文中对钛合金与铝合金异种金属的焊接性进行了分析，重点论述了国内外钛合金与铝合金异种金属钎焊、熔钎焊连接方法研究现状。指出了钛合金与铝合金物理化学性质差异较大，目前仍存在钎焊时脆性Ti/Al金属间化合物生成难避免、熔钎焊时热输入不均匀易导致钛合金与铝合金连接接头组织分布不均的难题。通过改变钎料类型、钎料成分配比与焊接参数，可有效减少脆性Ti/Al金属间化合物的生成，熔钎焊时可通过选择合适的焊接方法与焊接工艺或通过对焊缝填充金属来减少脆性Ti/Al金属间化合物生成等方法。最后针对钛合金与铝合金异种金属钎焊及熔钎焊的发展及研究方向提出了展望。     

坡口角度及焊丝偏移量对钛/铝冷弧MIG焊接头显微组织与力学性能的影响

采用SAl 5183焊丝对TA2钛/5A05铝进行脉冲冷弧MIG焊. 研究钛侧坡口角度θ及焊丝偏移量d对接头成形及显微组织与力学性能的影响. 结果表明,坡口角度过小时,接头上部钛局部熔化而根部结合不良,Ti/Al界面组织差异大;坡口角度过大则出现焊缝下塌;坡口角度在30° ~ 45°范围内,Ti/Al界面组织差异小且结合良好. 焊丝偏向钛侧时,接头上部钛局部熔化而根部结合不良,Ti/Al界面组织差异大;焊丝向铝侧偏移过大则出现焊缝下塌;焊丝偏铝侧0 ~ 1 mm时,Ti/Al界面组织差异小且结合良好. 试验获得的优化工艺为坡口角度θ = 35°,焊丝偏铝d = 0.5 mm. 最佳工艺下,接头上部Ti/Al钎焊界面形成了Ti_3.3Al和TiAl₃两层金属间化合物;接头下部则通过形成一层TiAl₃实现钎焊结合;接头平均抗拉强度达198 MPa.     

钛合金与铝合金复合接头的搅拌摩擦焊

为了避免搅拌头轴肩磨损及防止根部未焊透工艺缺陷,设计一种Ti/Al复合式接头,采用组合式搅拌头偏置扎入TC4钛合金与5A06铝合金对接界面进行焊接,研究其搅拌摩擦焊(FSW)工艺及组织性能. 在最佳FSW工艺条件下,完成对Ti/Al异种接头的组织结构及机械拉伸性能分析. 结果表明,接头拉伸强度达到铝合金母材强度的88.3%,断裂主要发生在铝侧焊核区内. 根据对接界面的形貌特征分析,重点讨论了Ti/Al对接界面的形成机制,认为采用较低的搅拌头转速和较小的搅拌针钛侧偏置量,可获得焊接质量较高的Ti/AlFSW接头.     

Al-Mg焊丝的Ti6Al4V/5A05Al熔钎焊接接头的组织性能

为实现Ti/Al熔钎焊接头组织性能的优化,采用Al-Mg焊丝进行Ti6Al4V/5A05Al异种金属的熔化极氩弧熔钎焊。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等对Ti/Al界面组织结构和接头断口形貌进行了分析,采用万能力学试验机对接头的抗拉强度进行了测试。结果表明,采用Al-Mg焊丝配合合适的焊接工艺可实现钛与铝的可靠焊接,钛与焊缝之间通过形成一层厚度1～5μm的芽状TiAl_3反应层实现良好的钎焊结合;Ti/Al界面附近未发现未焊透、裂纹等微观缺陷。拉伸测试中大多数接头断裂于铝侧焊接热影响区中,接头最高抗拉强度达243 MPa。与Al-Si焊丝相比,采用Al-Mg焊丝时Ti/Al熔钎焊接头的抗拉强度获得了显著提高。     

Fe/Al异种金属扩散界面区的显微组织

铝及铝合金/钢焊接接头结合面上易产生Fe-Al脆性金属间化合物,使接头性能下降.而Fe,Al为主要代表元素,为研究方便,故采用真空扩散焊技术对Fe/Al异种材料进行焊接.利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)及显微硬度计对扩散界面附近的显微组织结构、元素分布及扩散区硬度分布进行试验研究.结果表明:Fe/A...     

Ti/Al异种金属焊接研究进展

综述了Ti/Al异种金属焊接的现状,分析了钛合金与铝合金焊接缺陷产生的原因,介绍了钎焊、熔-钎焊、扩散焊、搅拌摩擦焊在钛铝异种金属焊接的应用,展望了钛铝异种金属焊接技术发展趋势。     

钛/铝异种金属冷金属过渡增材制造

采用TC4和ER2319焊丝直流/变极性冷金属过渡实现异种金属电弧增材制造，通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱、硬度试验、纳米压痕以及拉伸试验等方法对钛/铝构件界面组织特征与力学性能进行分析.结果表明，在钛合金表面堆积铝合金时，只有少量的钛合金熔化，钛原子扩散到液态铝合金中，形成不同长度的TiAl₃金属间化合物.10 μm左右的反应层在钛/铝界面形成.邻近钛侧的反应层均匀连续，靠近铝合金一侧的反应层呈现长条状或块状.界面反应层的显微硬度介于钛合金和铝合金显微硬度之间.构件的最高抗拉强度为111 MPa.     

钛/铝双面冷弧MIG组合熔钎焊接头组织和性能

采用SAl5183焊丝对TA2钛和5A06铝合金进行了双面冷弧MIG组合焊接.对接头厚度方向不同位置的Ti/Al界面组织特性进行了分析;并对接头抗拉强度进行了测试.结果表明,试验工艺获得的接头中,钛与焊缝形成了平直的结合界面,界面处未发现剥离、裂纹等缺陷.受焊接热输入影响,形成两种不同的Ti/Al界面:接头中上部钛与焊...     

Al/Ti异种金属TIG熔钎焊接头界面行为及断裂行为

以TIG电弧为热源,Al Mg3焊丝为填充材料,采用BSE、EDS、XRD以及万能拉伸试验机对5052铝合金和Ti-6Al-4V钛合金的TIG熔钎焊接头界面行为及断裂行为进行了研究。结果表明:焊接电流显著影响铝/钛钎焊界面反应层的形态及厚度,进而对铝/钛焊接接头的力学性能产生显著影响。当焊接电流为75 A时,铝/钛钎焊界面形成锯齿状的Ti Al3反应层,在拉伸试验中,接头断裂发生在铝合金母材,最高抗拉强度达到185 MPa。     

Microstructure and mechanical properties of tungsten inert gas welded–brazed Al/Ti joints

The tungsten inert gas welding–brazing process using Al-based filler metal has been developed for joining 5052 Al alloy to Ti–6Al–4V alloy in a butt configuration. The results indicated that heat input influenced the morphology and thickness of the interfacial reaction layer of Al/Ti joints, which played an important role in the mechanical properties of weldment. With the optimised tungsten electrode offset D of 1.0?mm from Al/Ti initial interface to Al side and welding current of 70?A, the thin cellular-shaped and club-shaped TiAl₃ reaction layers formed in the brazing zone, which contributed to suppressing crack initiation and propagation during tensile test. Eventually, the maximum tensile strength of 183?MPa was obtained and the optimised Al/Ti joint fractured at Al alloy base plate. Moreover, the power density characterisation and joining mechanism of Al/Ti joints were discussed.     

Formation of Brittle Phases During Pulsed Current Gas Tungsten Arc Welding of Titanium to Aluminum Alloys

Welding of titanium alloy TA15 to aluminum alloy Al 2024 was conducted by pulsed current gas tungsten arc welding using AlSi12 filler metal. Formation process of phases near the Ti/Al interface was discussed. Titanium and aluminum were partially fusion welded in the upper part while brazed together in the middle and bottom parts of the joint. In the upper part of the joint, intermetallics Ti₃Al + Ti₅Si₃, TiAl + Ti₅Si_3, and TiAl₃ were formed as three layers orderly from the titanium side to the weld metal. In the middle and bottom parts of the joint, intermetallics Ti₅Si₃ and TiAl₃ were formed as two layers near the Ti/Al interface.     

Effect of welding processes on joint characteristics of Ti–6Al–4V alloy

Abstract

Although Ti–6Al–4V alloys show reasonable weldability characteristics, the joint properties are greatly influenced by the welding processes. Microstructures and tensile and impact properties of welded Ti–6Al–4V alloy were evaluated for high vacuum electron beam welding, CO₂ laser beam welding and gas tungsten arc welding. The resultant tensile and impact properties of the welded joints are correlated with the weld metal microstructure and hardness. The results indicate that the electron beam welding is more suitable for Ti–6Al–4V sheet welding and the welding seam without defects can be obtained. The full penetration butt welds are obtained by gas tungsten arc welding process, but they have many drawbacks such as wide weld seam, big deformation and coarse grains. Laser beam welding has many advantages such as the narrowest weld seam, the least deformation and the finest grains, but it should be studied again for the reasons of unstable welding technologies and strict condition.     

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.     

单电源交流双钨极氩弧焊接铝合金工艺机理分析

以6061铝合金为研究对象,进行单电源交流双钨极氩弧焊接工艺试验.采用金相显微镜、CCD摄像头、电流检测系统对焊接接头的组织、电弧形态以及电流变化过程进行观察与检测分析.结果表明,大电流下双钨极可获得均匀美观的铝合金焊缝成形,但钨极串行优于钨极并行.电弧电流检测显示焊接过程中流经两个TIG焊枪的电流大小呈现非均匀分配形式,单电源单钨极电流密度沿着焊接方向呈现单峰分布而双钨极非单峰分布.在电弧作用区域双钨极耦合电弧的电流密度值要小于单钨极.另外双钨极能扩展耦合电弧的弧根,增加熔池受热面积,在保证焊缝成形的同时提高焊接效率.     

高强铝合金高频脉冲钨极氦弧焊的研究

本文对高强铝合金LD10的高频脉冲钨极氦弧焊进行了探讨。对采用这种工艺的原因,试验用的大功率晶体管电源,焊接工艺方法及它的优点进行了阐述。试验表明,采用该工艺焊接5mm厚的高强铝合金LD10 不需开坡口,焊接接头可用单面一次焊接双面成形;外形美观,内部质量优良。由于该工艺方法具有频率高,穿透力强的特点,因此可以提供比交流氩弧焊和直流氦弧焊较大的深宽比,较小的焊缝横断面,较细的显微组织及性能优良的焊接接头。     

AZ31B镁合金的脉冲电流气体保护钨极焊过程参数优化(英文)

建立预测脉冲电流气体保护钨极焊AZ31B镁合金接头的拉伸强度经验方程。研究焊接过程参数如峰值电流、基础电流、脉冲频率和脉冲时间对焊接接头的影响。试验设计了一个四因素五水平的正交实验。建立的经验方程能够有效地预测脉冲电流钨电极惰性气体保护焊AZ31B镁合金的焊缝拉伸强度,可信度为95%。结果表明,脉冲频率对拉伸强度的影响最大,其次是峰值电流、脉冲时间和基电流。     

Optimizing pulsed current gas tungsten arc welding parameters of AA6061 aluminium alloy using Hooke and Jeeves algorithm

Though the preferred welding process to weld aluminium alloy is frequently constant current gas tungsten arc welding （CCGTAW）, it resulted in grain coarsening at the fusion zone and heat affected zone（HAZ）. Hence, pulsed current gas tungsten arc welding（PCGTAW） was performed, to yield finer fusion zone grains, which leads to higher strength of AA6061 （Al-Mg-Si） aluminium alloy joints. In order to determine the most influential control factors which will yield minimum fusion zone grain size and maximum tensile strength of the joints, the traditional Hooke and Jeeves pattern search method was used. The experiments were carried out based on central composite design with 31 runs and an algorithm was developed to optimize the fusion zone grain size and the tensile strength of pulsed current gas tungsten arc welded AA6061 aluminium alloy joints. The results indicate that the peak current （Ip） and base current （IB） are the most significant parameters, to decide the fusion zone grain size and the tensile strength of the AA6061 aluminum alloy joints.     

表面阳极化铝型材焊接工艺研究

对表面阳极化铝型材分别在不同母材表面预处理和采用不同填充材料情况下的焊接工艺进行了试验研究.结果表明,采用钨极氩弧焊方法,在两种预处理条件下,用Al-Si焊丝施焊获得的接头组织致密,未发现有气孔、夹杂和微裂纹等缺陷,接头性能明显优于用纯Al焊丝获得的接头.