铝/钢异种金属电弧熔钎焊研究现状

铝合金和钢在高温下易反应生成多种金属间化合物,使铝/钢的焊接一直是焊接领域的一大难题.控制接头界面处金属间化合物的生成及其尺度,是成功进行铝/钢焊接的关键.电弧熔钎焊是解决铝/钢异种金属焊接全面走向工程应用的最具希望的几种焊接方法之一.文中综述了近年来铝/钢电弧熔钎焊研究的发展现状,分析了铝/钢电弧熔钎焊焊接性,重点探讨了控制金属间化合物生长的方法,包括减小焊接热输入、降低热源能量密度、添加具有抑制金属间化合物生长的合金元素、采用中间层等;总结了改善液态金属润湿性和铺展性的方法,包括采用镀层/覆层、采用钎剂、采用辅助磁场、进行预热或辅助加热等.最后提出了若干铝/钢电弧熔钎焊需要进一步解决的问题.     

焊后退火对铝/钢异种金属熔钎焊接头腐蚀性能的影响

通过脉冲旁路耦合电弧MIG焊方法,选用4043铝合金焊丝作为填充材料获得铝材与镀锌钢板的熔钎焊接头,将成形较好的接头在270,350 ℃下进行退火处理,使用电化学腐蚀试验仪器对退火前后接头的腐蚀性能进行测量. 通过SEM,EDS等材料分析方法对退火及腐蚀前后接头的元素分布及接头界面金属间化合物的变化进行分析. 结果表明,焊后退火导致铝/钢接头界面的金属元素发生了均匀扩散, 退火温度的升高使得接头的耐腐蚀性能下降.     

Si,Mg对铝/钢熔钎焊焊接接头力学性能的影响

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法,分别采用4043,5356铝合金焊丝对5052铝合金/镀锌钢异种金属进行了搭接焊.通过扫描电镜（SEM）,能谱仪（EDS）,X射线衍射仪（XRD）对铝/钢连接界面、接头断裂行为及断口形貌进行了分析,发现5356铝合金焊丝焊接接头的润湿角要大于4043铝合金焊丝焊接接头的润湿角,合金元素Si既可改变界面反应层金属间化合物的形态同时还可显著减少Fe₂Al₅层的厚度.拉伸试验发现5356铝合金焊丝焊接所得接头主要断裂于界面反应层,属于脆性断裂;4043铝合金焊丝焊接所得接头主要断裂于熔合区,是以韧性断裂为主的混合断裂.通过对4043铝合金焊丝焊接所得接头进行显微硬度测试,发现热影响区组织的显微硬度明显低于其它区域的显微硬度,这导致4043铝合金焊丝焊接接头主要断裂于熔合区.     

铝/镀锌钢板CMT熔钎焊界面区组织与接头性能

采用冷金属过渡方法(CMT)对铝和镀锌钢板异种材料进行了熔钎焊连接.使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)和拉伸试验对焊接接头界面区显微组织及接头性能进行研究.试验结果表明,铝和镀锌钢能得到成形良好的搭接接头.在CMT熔钎焊的方法下,形成了中间厚两边薄的界面区,并且在熔化区一侧边缘形成了富锌区,界面区组织成分也由致密的FeAl3金属间化合物层变为α固溶体和FeAl3化合物混合层,而富锌区是由富铝的α固溶体和残留的铝组成.在进行拉伸试验时,断裂发生在铝母材的热影响区,接头强度为72.09MPa.     

铝钢异种材料电弧熔钎焊接技术的研究

为了减轻车身重量,铝合金正被广泛的应用到汽车车身用中.而铝合金与汽车用钢板的连接问题是铝合金得以广泛应用的关键.本研究通过钨极氩弧焊和冷金属过渡焊两种电弧熔钎焊接方法实现铝合金与低碳钢的连接,研究了两种焊接方法的焊缝成型、接头拉剪强度以及金属间化合物的成分差异,并与传统的铆接接头进行比较.研究表明,电弧熔钎焊具有较高的接头拉剪强度和较小的接头重量.由于冷金属过渡焊的热输入量低,使得其焊缝成型相对较好,且其接头拉剪强度值已达到母材强度的85％.     

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.     

铝/钢异种金属焊接接头腐蚀行为及其影响因素综述

铝/钢异种金属焊接接头结合了两种材料优异的性能,在各行各业具有较为广泛的应用.由于铝、钢两种金属之间理化性能的巨大差异以及极小的固溶度,导致铝/钢接头容易出现脆性金属间化合物、气孔等缺陷,严重影响着接头的力学性能.然而,随着铝/钢接头越来越广的应用范围和复杂多样的应用环境,接头的耐腐蚀性能也得到了更多的关注.对近些年铝/钢异种金属焊接接头的耐腐蚀方面研究工作做了系统的汇总,旨在从接头腐蚀机理出发,提升接头的耐腐蚀性.综述了接头腐蚀形式规律,并从焊接工艺、腐蚀环境、微观组织和金属间化合物等影响因素的角度出发,详细地讨论了腐蚀行为与各因素之间的关系及影响机理.同时,指出了接头腐蚀机理,从各影响因素方面提出了改善接头耐腐蚀性能的措施,减小铝/钢接头实际服役过程中腐蚀所带来的影响.     

铝-钢异种金属脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊界面反应的热力学分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法用ER5356铝合金焊丝在镀锌钢板上进行平板堆焊试验.通过调整焊接参数获得最佳焊接成形,结果表明脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法可以实现铝和铁异种金属材料的连接.采用SEM,EDS等测试手段观察和分析连接界面区的微观组织,在连接界面区形成Fe₂Al₅,FeAl₃金属间化合物层.通过Thermo-Calc软件对Fe₂Al₅,FeAl₃金属间化合物的吉布斯自由能进行计算,得出在高温Fe₂Al₅的吉布斯自由能比FeAl₃的吉布斯自由能小,在低温FeAl₃的吉布斯自由能比Fe₂Al₅的吉布斯自由能小,说明在焊接过程中Fe₂Al₅金属间化合物先生成,再在冷却过程中FeAl₃金属间化合物生成或析出.     

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接头界面特征及力学性能

采用AlSi5焊丝和交流TIG电弧实现了TC4钛合金和6056铝合金的熔钎焊连接,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和拉伸试验等方法评价了接头界面微观组织特征和力学性能.结果表明,当焊接电流为30,40和60 A时,界面反应层分别呈棒状、块状和锥状分布,过大的热输入使界面产生了粗大柱状金属间化合物层,冷却时在焊接内应力作用下产生了冷裂纹.金属间化合物主要为TiAl3相,Si元素偏聚其内形成过饱和固溶体.接头强度-焊接电流曲线出现了两次峰值强度.焊接电流为30 A时,熔钎焊接头平均抗拉强度为103 MPa.焊接电流为60 A时,电弧形态扩张使能量密度降低,接头强度出现第二次峰值.     

铝/钢金属超声波辅助激光熔钎焊组织及性能

采用Al-Si合金作为填充金属,在超声波辅助激光熔钎焊条件下,实现了铝/钢异种材料的连接。研究了超声振动对接头界面结构、焊缝金属的晶粒尺寸及力学性能的影响。不施加超声振动时,在焊缝与钢的界面热源中心处形成了三层总厚度范围为8.3～12.3 μm的金属间化合物,远离热源中心处金属间化合物厚度范围为1.5～2.6 μm,接头强度较低且断裂位于焊缝与钢的界面处。应用700 W超声振动后,填充金属对钢的润湿能力增加,焊缝晶粒尺寸由32 μm降低至19 μm,界面处金属间化合物为0.5～1.0 μm的连续薄层θ相。这些共同导致断裂改变至铝合金侧熔合线附近的焊缝中,接头强度是不施加超声振动时强度的1.6倍。     

钢铝异种金属新型电弧连接法研究现状

介绍了3种连接钢铝异种接头的新型电弧熔焊一钎焊法，这些方法在钢一侧为钎焊，在铝一侧为熔焊，热输入低，熔池温度梯度高，冷却速度快，大大降低了钢铝接头中金属间化合物层的厚度，可以获得良好的接头性能。     

钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊数值模拟

采用ANSYS有限元软件,建立了钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊有限元模型,并采用熔池边界准则验证了其准确性,在此基础上计算了工件的应力与变形. 结果表明,工件上的纵向峰值拉应力出现在焊缝底部热源后方的钢母材一侧,随着焊接过程的持续进行,其数值不断增大,焊接结束瞬间(13 s)达到最大值203 MPa;工件上的应力场呈不对称分布,热源附近区域存在较大应力梯度;工件最大变形量为0.882 mm.     

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.     

铝/钢异种金属电弧辅助激光对接熔钎焊方法

采用小功率TIG焊电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌钢ST04Z对接熔钎焊工艺试验,获得表面成形连续、美观的焊缝.采用SEM,EDS,XRD,拉伸试验机、显微硬度计对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,与单纯激光相比,电弧辅助激光热源改变了焊接过程的温度场分布,从而促进液态铝向钢侧的铺展,所得对接接头最大抗拉强度可达到163 MPa,约为5A06铝合金母材抗拉强度的74%,是激光焊接头强度的1.3倍.接头过渡层形成的金属间化合物以脆硬的Fe₂Al₅,Fe₄Al₁₃为主.拉伸断裂起始于脆性的金属间化合物层,终止于韧窝断裂.     

钢/铝异种金属双熔池TIG熔钎焊接头的显微组织与力学性能

采用电弧加热镀锌钢板,通过热传导使铝合金熔化,形成两个互不接触的熔池,实现钢/铝异种金属搭接熔钎焊;利用扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)对连接界面的微观组织进行观察与分析.结果表明:在连接界面形成两种金属间化合物,一种为接近铝合金母材呈针状或絮状的FeAl3,另一种为接近钢呈舌状或条状的Fe2Al5;反应层FeAl3的厚度在连接界面上的分布大致均匀;而反应层Fe2Al5的厚度从焊缝中心向两侧逐渐变薄;随着焊接线能量的升高,接头的承载能力呈先增大而后减小的趋势,最高承载能力可达177.2 N/mm,为铝合金母材强度的84％.     

基于CuSi3焊丝的激光熔钎焊钢/铝异种金属工艺分析

采用直径1.6 mm的CuSi3焊丝对钢/铝异种金属进行激光填丝熔钎焊.使用光学显微镜观察了焊缝宏观成形,利用SEM,EDS,XRD分析了接头微观组织,通过原位纳米压痕仪和拉伸试验机测试了接头力学性能.结果表明,采用CuSi3焊丝实现了6061铝合金和镀锌板的激光搭接熔钎焊,优化了工艺参数,获得了成形良好的焊缝.焊缝呈现三个特征区：钢侧界面区、焊缝中心区和铜焊丝/铝过渡区.进一步研究表明,铜焊丝/铝过渡区组织包含Cu₉Al₄和CuAl₂金属间化合物,呈现带状、粗大骨架状、细小骨架状夹杂层片状和树枝状四种形貌.铜焊丝/铝过渡区硬度远高于相邻区域,粗大骨架状区域硬度最高达到9.97 GPa,拉伸断裂于粗大骨架状区域,断口呈现脆性断裂.     

钢/铝异种金属的焊接

研究了钢与铝之间的主要焊接方法,综述了国内外钢与铝的连接现状,并指出钢与铝焊接方法的发展趋势.     

铝与钢异种金属电弧熔-钎焊研究与发展现状

铝与钢的连接已成为焊接领域中的热点和难点问题,电弧熔-钎焊在铝与钢异种金属连接中受到了越来越广泛的重视和研究.文中详细分析了铝与钢异种金属的焊接性,金属间化合物层的存在是影响接头性能的关键因素,重点阐述了电弧熔-钎焊的工艺特点和钢表面镀层工艺的研究,电弧熔-钎焊过程兼备熔焊和钎焊的双重特点,铝侧为熔焊结合,钢侧为钎焊结合,指出了镀层工艺存在的问题,综述了铝与钢电弧熔-钎焊国内外最新研究进展,并对铝与钢电弧熔-钎焊的研究方向进行了预测.     

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。