AlSiNi钎料感应钎焊铝/钢接头的组织和力学性能

借助润湿试验、热分析等手段分析了AlSi12钎料和AlSiNi钎料的钎焊工艺性.使用扫描电镜、能谱分析、力学性能测试等手段分析了AlSi12,AlSiNi钎料钎焊铝/钢接头的组织形貌、断口形貌、相组成和力学性能.结果表明,AlSiNi钎料对钢的润湿性优于AlSi12钎料,但钎料熔化区间稍有扩大;在焊缝/钢界面处,AlSiNi钎料钎焊接头金属间化合物层的厚度为8.1 μm,比AlSi12钎料钎焊接头金属间化合物更薄,分布也更均匀;AlSiNi钎料钎焊接头中的含Ni金属间化合物塑韧性更好,与母材钢的结合力更强,AlSiNi钎料钎焊铝/钢接头抗拉强度高于AlSi12钎料钎焊接头.     

铜-铝异种金属钎焊材料的研究现状

从钎剂和钎料两方面对国内外有关铜-铝异种接头钎焊材料的研究成果进行了综述,重点介绍了铜-铝异种接头钎焊连接过程中无腐蚀性钎剂和钎料成分对钎焊接头结合机理、界面反应、金属间化合物的微观结构及生长规律等的影响。然而,铜-铝异种接头钎焊材料的应用过程中仍存在以下问题:无腐蚀性钎剂熔化温度和价格均较高,适用范围较窄;铝硅系钎料熔化温度较高,铝合金容易过烧熔蚀;钎料洁净度低,钎缝处容易出现氧化夹杂,影响钎焊接头的力学性能。     

旁路分流电弧钎焊钛/钢异种金属接头特性分析

以旁路分流电弧焊方法为技术手段,以S211铜合金为填充钎料,进行钛/钢异种金属电弧钎焊工艺试验. 利用光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机等,对钎焊接头的宏观及微观组织、元素分布、抗拉强度进行分析,并利用显微硬度仪分析钎焊接头硬度的变化趋势. 结果表明,采用该方法可获得成形良好的钛/钢异种金属钎焊接头,未见明显的焊接缺陷;硬度测试发现钛/铜界面处的硬度明显升高,这与钛/铜区域易形成Ti-Cu金属间化合物有关;钎焊接头的断裂发生在铜/钛侧,断裂方式属于韧-脆混合断裂,抗拉强度为291.55 MPa,约为铜钎料强度的88%.     

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。     

热冲击下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

借助于SEM、EDS、XRD等检测手段对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头进行观察分析,研究了钎焊工艺参数及热冲击条件对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头界面金属间化合物和力学性能的影响。结果表明:添加0.05%(质量分数)Ni能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金的初生β-Sn相和共晶组织;钎焊温度270℃和钎焊时间240 s时,钎焊接头抗剪切强度最大达26.9 MPa,较未添加Ni的钎焊接头提高8.9%;随着热冲击周期的增加,钎焊接头界面金属间化合物层平均厚度增加,界面粗糙度先增大后减小,钎焊接头强度降低;添加0.05%Ni能够抑制接头界面金属间化合物的成长、钎焊接头强度的降低,有利于改善接头可靠性。     

SUS321/5A06软钎焊接头界面组织特征

采用空气炉中软钎焊工艺获得了SUS321不锈钢/5A06铝合金异种金属钎焊接头,通过金相观察分析接头宏观形貌及界面组织特点,使用扫描电镜进行高倍组织观察及能谱分析,进一步阐述了钢/铝异种金属空气炉中软钎焊接头界面层结构,并分析了接头性能的薄弱环节。     

5083铝合金/E36钢熔钎焊接头组织及力学性能

文中采用Zn-Al22药芯焊丝实现了4 mm厚5083铝合金与E36钢异种材料的TIG熔钎焊。重点研究了焊接电流对铝/钢熔钎焊接头成形、界面金属间化合物以及抗拉强度的影响。结果表明,熔钎焊接头钢侧界面生成了η-Fe_2Al_5Zn_x金属间化合物层,其中还分布有少量δ-FeZn_(10)相;随着焊接电流逐渐增大,焊缝金属在E36钢表面的润湿铺展逐渐提升,熔宽逐渐增大,η-Fe_2Al_5Zn_x金属间化合物层增厚,δ-FeZn_(10)相也随之增多;当焊接电流超过120 A时,界面层生成Fe-Zn金属间化合物层;较薄的η-Fe_2Al_5Zn_x金属间化合物层和分布在η-Fe_2Al_5Zn_x层中的δ-FeZn_(10)有助于提高接头抗拉强度;铝/钢熔钎焊接头均断裂于钢侧界面,当焊接电流为110 A时,接头抗拉强度达到最大值120 MPa。     

铝/铜异种材料等离子弧熔钎焊搭接接头工艺分析

采用LHM-200等离子弧焊机和Zn-Al钎料对T2紫铜与LF6防锈铝异种材料进行了等离子弧熔钎焊,通过扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)观察分析其接头显微组织和界面元素组成.结果表明,通过合理设置工艺可以得到较为理想的焊接接头,焊缝表面无裂纹、气孔等现象,搭接接头抗剪强度可达175.5 MPa;控制等离子弧焊工艺可以有效控制钎缝成形,提高接头性能,最佳参数范围为等离子气体的流量0.2,0.75 L/min,焊接电流45~55 A,焊接速度1.41~3.03 cm/s;在铜母材与钎料界面处是Al₂Cu和CuZn₂金属间化合物层;而在铝母材与钎料界面处为Al-Zn共晶组织;焊缝中心的是黑白相间的条纹组织,黑区为富铝区,白区为富锌区.     

铝-铜异种金属管磁脉冲辅助钎焊研究

针对铝、铜异种金属管连接,利用磁脉冲成形和钎焊的组合优势,提出将两者复合的异种金属管件焊接新工艺。采用ANSYS分析了一定电容、电压条件下磁脉冲成形外管工件受力情况,并基于磁脉冲焊接理论初步确定了磁脉冲辅助连接的最佳工艺参数,采用Zn-3wt.%Al钎料箔片作为钎料包覆层进行实验研究,研究结果表明:电压8 kV,钎料箔片厚度300μm,加热温度410℃,保温8 s时可以得到组织优良的焊接接头。焊缝接头元素成分均匀,靠近铜的区域形成了金属间化合物,靠近铝的区域形成了α-Al组织,钎料层则形成了以Zn-Al共晶组织为主,同时混合少量α-Al组织的混合体。整个焊缝组织的形成符合理论预期机制,证明了该复合工艺的可行性。     

铝铜异种材料活性软钎焊的界面行为研究

采用Sn Zn Si低熔点合金作钎料,以丁烷火焰作热源,用含氟化氢铵的钎剂辅助润湿,对铝铜异种材料进行软钎焊,得到了润湿良好的钎焊接头。用扫描电镜结合电子探针对接头界面的组织形态和成分分布情况进行研究,得到了钎料及母材元素的扩散迁移情况。钎料中Zn、Si两种元素向母材防锈铝和铜基板迁移量较多,防锈铝中的Mg元素则大量越过钎料层向铜基板一侧快速扩散。在铜侧界面处会有少量扇贝状的Sn-Cu金属间化合物生成。     

超声波辅助钎焊镁铝异种金属接头微观组织研究

铝合金和镁合金都具有密度小,比强度高等优点,在航天、航空等行业得到了广泛的应用。但这两种金属焊接时极易生成脆性的金属间化合物,使其很难获得性能优良的接头。在钎焊时,如何选择钎料避免有害金属间化合物的生成,是获得铝/镁异种金属优质接头的关键。为此本文选用了Sn基和Zn基两种钎料,在大气下采用超声波辅助钎焊技术进行了6063铝合金/AZ31B镁合金的焊接,通过OM、SEM以及EDS能谱对比分析了两种钎料钎焊接头组织。实验结果表明,采用Sn基钎料,钎焊接头不会生成Mg-Al脆性金属间化合物,钎缝中会溶解Al元素,Al元素以Al基固溶体相和Ag（Al）相形式存在于钎焊接头中,并且在超声波作用时间达到4.5s时,Al元素均匀分布在整个钎缝中。采用Zn基钎料,钎焊接头中有大量脆性Mg/Al金属间化合物生成,同时在钎缝组织晶界处有第二相低熔点Sn颗粒的弥散分布。     

半导体激光钎焊Sn-Ag-Cu焊点的力学性能和显微组织分析

选取不同激光钎焊工艺参数,利用半导体激光软钎焊系统对Sn-Ag-Cu无铅钎料在铜基板上进行了钎焊试验,并研究了Sn-Ag-Cu焊点显微组织中金属间化合物形成规律.结果表明,当激光钎焊时间选择为1 s,激光输出功率为38.3 W时,焊点力学性能最佳.随着激光工艺参数的改变,焊点显微组织发生相应的变化.当使用最佳激光工艺参数钎焊时,形成的焊点晶粒细小,避免了焊点内金属间化合物Cu6Sn5的过度生长,此外还形成了厚度适中的金属间化合物层.对比试验结果发现,激光软钎焊方法比传统红外再流焊所形成的金属间化合物层更为平缓,能够获得力学性能更为优良的焊点.     

Rapid Ultrasonic-Assisted Soldering of AZ31B Mg Alloy/6061 Al Alloy with Low-Melting-Point Sn–xZn Solders Without Flux in Air

A novel ultrasonic-assisted low-temperature soldering was developed to join AZ31B Mg alloy and 6061 Al alloy with a series of Sn–x Zn solders. The average maximum shear strength of the joints reaches up to 87.5 MPa at soldering temperature of 300 °C under ultrasonic assistance for only 5 s using Sn–20 Zn solder. The fracture path propagates completely in the soldering seam. The results indicate that the microjet generated by ultrasonic pressure in liquid solder could strike and splinter the Mg_2Sn intermetallic compounds into small pieces, which contributes to the enhancement of the joint strength. In addition, the primary Al(Zn) solid solution phase formed during cooling stage could also strengthen the joint due to the prevention of microcracks propagation.     

Ni改性GNSs对SnAgCuRE/Cu钎焊接头热老化特性的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片（GNS）独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs（Ni-GNSs）增强SnAgCuRE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨Ni-GNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。结果表明：Ni-GNSs的加入,抑制了复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,金属间化合物（IMC）颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,强化复合钎料,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05%（质量分数）GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu合金接头热老化前的剪切强度。Ni-GNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解了复合钎料/Cu钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,变为韧脆混合断裂;而添加0.05%（质量分数）GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。     

Al/Ni异种金属超声波点动焊接工艺及界面组织分析

对1060铝合金和N4镍合金异种金属进行了超声波点动焊接,优化了焊接工艺,分析了接头界面组织,焊接接头组织微观形貌和力学性能.结果表明,超声波焊接能够实现1060铝合金和N4镍合金异种金属的有效连接,能够得到韧性和强度都很高的焊接接头;确定了铝镍异种金属超声波焊接的焊接工艺参数为焊接压力25.2~36.0 MPa,焊接时间75~85 ms;当焊接压力为32.4 MPa,焊接时间为85 ms时,抗剪强度超过铝侧母材.焊接接头界面的XRD和EDS分析结果表明,接头界面存在由Al,Ni两种元素互扩散而形成的2 μm厚的反应扩散层.     

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。     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

超声辅助铝/钛搅拌摩擦搭接接头的成形和组织

借助超声波辅助的方法对铝/钛异种合金进行搅拌摩擦搭接,研究超声波作用对接头的成形和组织的影响. 结果表明,当超声波施加在铝板时,接头的钩状缺陷较高,且会出现孔洞缺陷;当超声施加在钛板时,接头无缺陷. 超声振动能够增大铝/钛界面扩散层的厚度,对接头性能的提高起到一定的促进作用. 当搅拌头转速为300 r/min时,界面扩散层厚度较薄;当搅拌头转速升高至500 r/min时,界面生成一层厚度约为1 μm的金属间化合物. 超声辅助焊接可明显提高接头的断裂载荷.     

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.     

Ti/Cu异种金属电子束焊接界面行为

为了获得高强度T2铜和Ti-6Al-4V钛合金异种金属接头,采用电子束焊方法开展试验,并对接头界面组织及力学性能进行了分析.试验在钛/铜熔钎焊接基础上,通过在高熔点钛侧复合二次焊接,构建钛/铜结合界面金属间化合物层的重熔温度场,进而实现钛/铜金属间化合物层的重熔改性.通过有限元温度场模拟及SEM,XRD等检测.结果表明,钛侧重熔焊接可在结合界面处形成1 000℃左右高温,金属间化合物层发生局域重熔.在随后凝固过程中,由于散热方向及元素再分配,相的形成顺序发生改变,钛原子向铜侧的扩散距离减短,高硬度相TiCu向Ti2Cu转变,相结构优化,最终接头强度得以提升.