脉冲电流对钛/铝异种金属熔钎焊界面特征的影响

采用填丝脉冲钨极氩弧焊(P-GTAW)对TA15钛合金与2024铝合金进行焊接试验. 分析脉冲电流对钛/铝异种金属界面结合特性的影响;观察接头厚度方向不同位置Ti/Al界面显微组织特征,并对界面反应层的物相组成和化学元素分布进行分析. 结果表明,采用P-GTAW实现了钛与铝异种金属薄板的对接,钛合金发生微量熔化,与铝合金形成熔钎焊结合;通过采用脉冲电流,改善了Ti/Al界面的能量密度分布,减小了接头厚度方向界面的显微组织差异;由于脉冲电流的作用,减少了Ti/Al界面附近连续脆性金属间化合物的生成,降低了接头的裂纹敏感性,提高了接头的性能.     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

TA2/1060Al异种金属脉冲MIG熔钎焊

采用Al-Si焊丝对TA2钛与1060Al进行平板对接脉冲熔化极氩弧(P-MIG)熔钎焊试验,用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等对接头显微组织进行分析;采用拉伸力学性能试验评价接头的可靠性,并对拉伸断口形貌进行分析。结果表明:采用P-MIG焊可获得可靠的TA2/1060Al熔钎焊接头,工艺具有良好的稳定性和可重复性;TA2钛与焊缝通过形成一层芽状Ti(Al,Si)3实现钎焊结合,Ti(Al,Si)3厚度在1~5μm;拉伸测试中Ti/Al熔钎焊接头全部断裂于铝母材中,钛侧钎焊界面的结合强度超过了铝母材。     

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding, FA-FSLW)技术. 该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明, FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti, Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti, Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.     

Ti6Al4V/Cu异种金属激光焊接头组织及性能研究

为解决Ti/Cu异种金属焊接时形成TixCuy脆性相严重降低接头力学性能的问题,利用激光诱导钎焊反应方法对采用Nb做中间层的Ti6Al4V和Cu材料进行了焊接。将光束置于Ti6Al4V/Nb界面控制热输入使得Nb中间层部分熔化形成焊接接头。结果表明,在Ti6Al4V/Nb界面形成了由(Nb,Ti)固溶体组成的熔化区,依靠未熔化的Nb从熔化区吸取的热量使得Cu熔化从而润湿Nb,在Nb/Cu界面形成了Cu基和Nb基固溶体组成的钎焊连接层。因此,通过一次焊接形成了两个连接界面。Ti6Al4V和Nb被熔化焊连接,而Nb和Cu被钎焊连接,两个区域被未熔化的Nb隔开,从而抑制了Ti_xCu_y金属间化合物的形成。接头的抗拉强度达到225 MPa,并且呈典型的韧性断裂模式。     

瞬间液相扩散连接镁/镍/钛接头微观组织及力学性能研究

以Ni箔为中间层,对镁合金AZ31B和钛合金Ti6Al4V进行瞬间液相扩散焊。结合能谱分析、X射线衍射谱、显微硬度测试和力学性能试验,研究了焊接过程中不同焊接温度(505~535℃)对镁/钛接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:当焊接温度为525℃、保温时间为20min、焊接压力为0.2MPa时,镁/钛接头达到最大剪切强度57MPa。此时,镁/钛接头界面形成Mg_2Ni、Mg_3AlNi_2等金属间化合物。在拉伸试验中,接头断裂发生在金属间化合物层。     

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.     

Mechanisms of joining aluminium A6061-T6 and titanium Ti–6Al–4V alloys by cold metal transfer technology

Abstract

Cold metal transfer (CMT) welding–brazing joining of Ti6Al4V and Al A6061-T6 was carried out using AlSi₅ wire. The joining mechanisms and mechanical properties of the joints were identified and characterised by scanning electron microscope, energy dispersive spectroscopy and tensile–shear tests. Desired CMT joints with satisfied weld appearances and mechanical properties were achieved by overlapping Ti on the top of Al. The joints had dual characteristics of a welding joint on the aluminium side and a brazing joint on the titanium side. Three brazing interfaces were formed for the joint, which increased the strength of the joint. An intermetallic compound layer was formed at the brazing interface, which included Ti₃Al, TiAl and TiAl₃. Two different fracture modes were also observed: one fractured at the welding/brazing interface and weld metal and the other at the Al heat affected zone (HAZ). Clearly, the joints fractured at the Al HAZ had higher tensile strength than those fractured at the welding/brazing interface and weld metal.     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以C02激光为热源，以A1Si12焊丝为填充材料，对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究，采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征，通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明：所得接头具有熔焊和钎焊双重性质，即铝母材局部熔化，为熔化焊，而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面；钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂，可分为2层，即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层；钎焊界面下部的金属间化合物层较薄；拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上，平均抗拉强度为298．5MPa。     

铝/钛异种金属旁路分流MIG电弧熔钎焊特性

以1 mm厚6061铝合金与TC4钛合金板为试验材料,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊工艺试验,得到均匀美观的焊缝成形.分别采用金相显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机进行研究.结果表明,界面层上方金属间化合物以柱状晶形式存在,呈现短而密集的状态.界面层靠近钛侧易形成AlTi,而界面层靠近铝侧易形成Al₃Ti,TiSi₂等金属间化合物,由于焊接过程中熔池内部温度的变化不均,会使界面层中出现Al₁₁Ti₅过渡相.拉伸试验表明,接头最高抗剪强度达182.6 MPa,约为铝母材的97.6%,断裂发生在铝母材热影响区,断口出现一定量的颈缩.     

Al6061/TA2异种金属冷金属过渡焊接性分析

以AlSi₅ 焊丝对6061铝合金和TA2纯钛进行CMT熔钎焊,采用SEM,EDS分析焊接接头的微观组织特征,并通过拉伸试验对接头进行力学性能评定.结果表明,焊接过程稳定,焊缝成形美观.所得到的焊接接头具有熔焊和钎焊两部分,其中局部熔化的铝母材与熔融的焊丝混合后形成焊缝,焊缝金属与微熔的钛母材形成三个钎焊界面.钎焊界面主要成分为TiAl₃金属间化合物,其厚度较薄.此外,界面附近还有一些随机分布的棒状的TiAl₃金属间化合物.焊接过程中,随着焊丝偏移量的增加,焊缝力学性能提高.参数优化后的接头抗拉强度较高,且断裂在铝热影响区.     

工业纯钛TA2/紫铜T2异种金属CMT焊接接头的微观组织和腐蚀性能

采用冷金属过渡技术(CMT)对工业纯钛TA2和紫铜T2异种金属薄板进行对接焊.焊接过程中,使焊丝偏向铜的一侧,铜母材和焊丝熔化形成熔焊接头,熔化的填充材料润湿钛母材,形成钎焊界面,实现钛和铜的熔钎焊连接.使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和力学试验研究焊接接头的组织以及连接机理.在室温下10%HCl溶液中,研究钛/铜异种金属CMT焊接接头的腐蚀行为.结果表明,钎焊界面由TiCu,Ti₂Cu,AlCu₂Ti等多种金属间化合物组成;焊缝区由铜基固溶体和Ti-Cu-Al-Ni-Fe五元素析出相组成;接头的抗拉强度达到205 MPa;焊接接头在室温10%HCl溶液中腐蚀7天后,钎焊界面出现腐蚀沟槽,14天后自行断裂.     

送丝位置对铝/镀锌板CMT搭接接头组织与性能的影响

采用CMT搭接方法研究不同送丝位置对6082铝合金/镀锌板搭接接头质量的影响. 使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析焊接接头的形貌,微观组织及元素分布;通过拉伸试验检测接头的力学性能. 结果表明,1和2位置时,焊缝成形不饱满,锌层蒸发严重,界面处形成FeAl₂,FeAl及FeAl₃的金属间化合物,承载力达到6 kN;当3,4和5位置时送丝位置指向铝板,焊缝成形饱满,界面处形成Fe_6.6Al₃Zn_0.2和Fe₂Al₃Si_0.3,厚度约为2 μm,承载力达到7.5 kN,综上所述,CMT焊接铝合金/镀锌板时送丝位置应偏向铝板,可得到综合性能更好的焊接接头.     

Properties of as welded and heat treated pure titanium–7075 Al–Zn–Mg alloy friction weld joints

Abstract

The effects of joining conditions and an age hardening post­weld heat treatment (PWHT) at 120°C for 24 h on the tensile strength and metallurgical properties of dissimilar friction joints between pure titanium and age strengthened 7075 Al–Zn–Mg alloy were investigated. Highest strength was achieved using intermediate friction pressure (150 MPa), short friction time (0.5 s), and high upsetting (forging) pressure (400 MPa). The joint tensile strength decreased when the joint diameter was increased from 8 to 16 mm. The joint tensile strength of as welded (AW) dissimilar joints was similar to that of PWHT joints with diameters of 8, 12, and 16 mm. Detailed TEM confirmed that there was a negligible difference in the thickness of the intermetallic layer formed at the dissimilar joint interface for AW and PWHT joints. While the intermetallic phases formed at the joint interface comprised Al₃Ti, τ (Ti₂Mg₃Al₁₈), and Al in AW joints, they consisted of Al+τ or Mg₂Al₃+τ+Al in PWHT joints. Softened regions were generated in 7075 base material immediately next to the interface in AW joints. Post­weld heat treatment increased the hardness of the softened region almost to that of as received 7075–T6 base material in 12 and 16 mm diameter joints. In contrast, the hardness of the softened region in 8 mm diameter joints could not be recovered to that of the as received material. This was a result of overaging and coarse precipitates in the softened region produced during the friction welding operation.     

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.