化学元素在钛铝异种合金焊接增材中的作用研究进展

通过焊接和增材制造制备的钛/铝异种合金界面会产生一定厚度的脆性金属间化合物层,直接影响了焊接接头的最终力学性能.因此,对金属间化合物层的控制是制造钛/铝复合材料的关键所在.在实际生产中,脆性金属间化合物除了钛铝化合物之外,还包括了很多其它的化学元素组成的复杂化合物.这些化学元素或者来自于钛合金或铝合金的内部,或者来自于...     

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl₃金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe₂Al₅金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.     

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.     

激光毛化对铝/钢电弧熔钎焊接头界面与性能的影响

使用高性能铝/钢焊接件是汽车轻量化一直追求的目标. 针对铝/钢接头界面脆性金属间化合物层导致接头性能较差并限制其应用的问题,采用小功率激光毛化处理工艺改变钢表面微观形貌,开展铝上钢下的TIG熔钎焊试验. 通过扫描电镜观察分析了接头界面金属间化合物层的形态与分布,研究了激光毛化线间距对液态铝在钢表面润湿铺展行为及接头钎接界面金属间化合物形态与分布对接头力学性能的影响规律. 结果表明,钢表面经毛化处理后,液态铝在其表面的润湿铺展性能变差,但接头钢侧界面由平直状态变为凹槽锯齿状弯曲状态,使铝钢反应接触面积增大、机械咬合作用增强,同时凹槽对裂纹的扩展起到阻断作用,提高了接头的力学性能. 金属间化合物分布呈现出由沿界面均匀连续性分布变为凹槽内数量较多的非均匀分布特征. 当线间距为130 μm时,接头平均抗拉剪强度达到85.8 MPa.     

超声波辅助钎焊铜/铝异种金属接头界面组织性能及强化机制

为了研究铜/铝异种金属钎焊接头界面金属间化合物层组织结构对接头性能的影响,从化合物结构出发,提出了一种预涂敷钎料的超声波辅助钎焊复合工艺.结果表明,采用Sn-9Zn共晶钎料,得到细小金属间化合物弥散地分布在铜表面的界面结构,增强了界面强度,其接头抗拉强度甚至超过传统工艺下将金属间化合物层减薄到极限厚度(1~2μm)时的强度.提出了一种基于超声预涂敷工艺的界面化合物结构调控方法,研究了化合物在钎焊过程中的演变规律,以及金属间化合物层在不同结构和分布情况下对接头力学性能的影响,探索了铜/铝异种金属低温焊接的新途径.     

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.     

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.     

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.     

过渡层对铝/钢FSB接头性能和组织的影响

通过镀覆镍及Ni/Cu复合过渡层,采用锌作为钎料,对工业纯铝和低碳钢板进行了搅拌摩擦钎焊(FSB)连接. 对焊接接头进行了拉剪和抗撕裂试验,并与无任何过渡层接头进行了对比. 用扫描电镜及能谱对接头界面形貌和微观组织进行了分析,研究分析了过渡层对铝/钢FSB接头力学性能和微观组织的影响. 结果表明,过渡层能有效阻止脆性Al-Fe金属间化合物的生成,增加了接头抗撕裂载荷强度,提高接头的力学性能.     

钛合金与铝合金异种金属焊接的研究现状

对钛/铝异种金属焊接过程中脆性Ti-Al金属间化合物的控制方法进行了综述,介绍了熔化焊(激光焊、电子束焊)、钎焊、熔钎焊、扩散焊、搅拌摩擦焊及爆炸焊的研究现状,并对存在的问题与发展趋势进行了讨论。结果表明,钛/铝焊缝中极易形成脆性的Ti-Al金属间化合物,导致钛/铝接头强度的降低。在激光焊、电子束焊过程中,通过热源偏移的方式可以降低Ti-Al金属间化合物含量;采用合理的中间层,既能降低Ti-Al金属间化合物的含量又能形成塑性更好的金属间化合物。采用熔钎焊工艺并选用合适的填充材料,可以有效地抑制Ti-Al金属间化合物的生成。采用扩散焊工艺、通过添加中间层、在钛表面渗铝及合理控制工艺参数,能有效减少Ti-Al脆性金属间化合物的生成,但接头的抗拉强度不高。采用搅拌摩擦焊并通过添加中间层抑制钛/铝接头中Ti-Al脆性金属间化合物的形成,获得性能良好的钛/铝接头,但会受到焊件的形状的影响。采用爆炸焊工艺,可以细化界面中的金属颗粒,提高钛/铝接头的强度。     

Interfacial characterization of resistance spot welded joint of steel and aluminum alloy

The dissimilar material resistance spot welding of galvanized high strength steel and aluminum alloy had been conducted. The welded joint exhibited a thin reaction layer composed of Fe2Al5 and Fe4Al13 phases at steel/aluminum interface. The welded joint presented a tensile shear load of 3.3 kN with an aluminum alloy nugget diameter of 5.7 ram. The interfucial failure mode was observed for the tensile shear specimen and fracture occurred at reaction layer and aluminum alloy fusion zone beside the interface. The reaction layer with compounds was the main reason for reduction of the welded joint mechanical property.     

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.     

7075/TC4异种金属CMT Advanced+P熔钎焊特性分析

基于CMT Advanced+P焊接方法,以ER5356铝合金焊丝对7075铝合金和TC4钛合金组成的搭接接头进行熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析.结果表明,焊接接头主要由焊缝区、铝合金侧热影响区和钎焊界面区组成;焊缝区主要是等轴晶;铝合金侧热影响区的晶粒表现出轧制特性,并在晶界附近析出大量金属间化合物;...     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊接头组织与性能分析

选用1 × 3结构的ER5356铝合金多股绞合焊丝,进行5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊对接试验,通过金相、扫描电镜、电子背散射衍射、拉伸和硬度测试等方法对20 mm厚焊接接头的微观组织和力学性能相关性进行分析. 结果表明,铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺性较好,焊缝主要由α(Al)基体和弥散分布的Al₃Mg₂第二相组成,焊缝中心区以等轴晶为主,晶粒的平均尺寸为34.83 μm;热影响区晶粒细小,存在回复再结晶,晶粒的平均尺寸为10.21 μm. 焊接接头硬度在75 ~ 90 HV之间,其中熔合区硬度值最低,为母材硬度值的84.6 %;焊接接头平均抗拉强度292 MPa,为母材抗拉强度的84 %,拉伸试件断口断裂位置为熔合区附近,呈现出韧性断裂特征.     

镍铝青铜过渡层对钛合金/不锈钢异种材料激光焊接头组织与力学性能的影响

对3?mm厚TC4钛合金/15-5PH不锈钢异种材料进行了添加镍铝青铜(nickel?aluminum?bronze,NAB)过渡层的激光填充材料焊接,研究了NAB过渡层对接头成形、微观组织与力学性能的影响.?结果表明,添加NAB过渡层的TC4钛合金/15-5PH不锈钢异种材料激光焊接获得了良好成形的全熔透接头,接头抗...     

预镀层钛合金与铝合金电弧熔钎焊接头界面组织及力学性能分析

钛合金板坡口位置预先热浸镀纯铝镀层,采用TIG电弧熔钎焊的方法连接镀层钛合金与铝合金,对比分析了有镀层和无镀层条件下形成的接头界面组织及焊缝强度.结果表明,两种条件下界面处生成相同成分的金属间化合物TiAl₃,其中无镀层条件下Ti/Al界面反应层呈锯齿状,厚度4~6 μm,焊缝平均拉伸强度118 MPa,以脆性断裂为主;镀层条件下界面生成均匀稳定金属间化合物,厚度2 μm以下,焊缝平均拉伸强度205 MPa,以韧性断裂为主.镀层的引入减薄了金属间化合物反应层厚度,从根本上改变了接头的断裂的方式.     

Wettability,microstructure and properties of 6061 aluminum alloy/304 stainless steel butt joint achieved by laser-metal inert-gas hybrid welding-brazing

Laser-metal inert-gas (MIG) hybrid welding-brazing was applied to the butt joint of 6061-T6 aluminum alloy and 304 stainless steel. The microstructure and mechanical properties of the joint were studied. An excellent joint-section shape was achieved from good wettability on both sides of the stainless steel. Scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy and X-ray diffractometry indicated an intermetallic compound (IMC) layer at the 6061-T6/304 interface. The IMC thickness was controlled to be ～2 μm, which was attributed to the advantage of the laser-MIG hybrid method. Fe₃Al dominated in the IMC layer at the interface between the stainless steel and the back reinforcement. The IMC layer in the remaining regions consisted mainly of Fe₄Al₁₃. A thinner IMC layer and better wettability on both sides of the stainless steel were obtained, because of the optimized energy distribution from a combination of a laser beam with a MIG arc. The average tensile strength of the joint with reinforcement using laser-MIG hybrid process was improved to be 174 MPa (60% of the 6061-T6 tensile strength), which was significantly higher than that of the joint by traditional MIG process.     

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).     

纯铝1060/镀锌钢电阻点钎焊工艺及接头性能

采用电阻点钎焊进行了纯铝1060与SGCC热镀锌钢板的搭接试验,研究了接头界面组织,并测试了接头力学性能. 结果表明,试验所用铝硅（Al-Si）合金钎料润湿良好,焊后接头焊缝界面处产生了具有双层结构且厚度不均的金属间化合物,厚度小于10 μm;焊接电流为7.8 kA时,接头抗拉剪载荷达到峰值,约为4.72 kN,在相同工艺参数下,电阻点钎焊接头的抗拉剪载荷明显高于点焊接头;接头断裂大都发生在铝板侧,且主要在热影响区处而不在焊点处,说明点钎焊接头质量良好,但由于焊缝铝侧界面局部存在“未钎合”缺陷,焊缝界面会产生拉应力且在金属间化合物的应力作用下易产生裂纹.     

采用铌中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧连接界面的显微组织及性能

进行了钛合金与不锈钢采用铌中间层的真空热轧连接实验,分析了连接界面的显微组织及性能。结果表明,采用铌中间层能够明显提高接头的塑性。当压缩率为25%,轧制速度为38 mm/s,热轧温度为800°C和900°C时,不锈钢与铌的连接界面没有明显的金属间化合物层;当热轧温度为1000°C和1050°C时,不锈钢与铌连接界面形成Fe-Nb金属间化合物层,并且当热轧温度为1050°C时在金属间化合物层与不锈钢之间出现开裂。铌与钛合金连接界面的扩散层厚度随着热轧温度的升高而增大。热轧温度为900°C的连接接头的拉伸强度可达-417.5MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。热轧温度为800°C的热轧过度接头分别与钛合金和不锈钢进行TIG焊接,TIG焊后热轧过度接头的拉伸强度可达-410.3 MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。