脉冲激光焊接铝/钢异种金属的研究进展

铝/钢复合结构具有强度高、耐腐蚀、质量轻等优点,是汽车制造、航空航天等行业最受关注的实现轻量化设计的方案之一。然而,铝合金与钢的物理和化学性能严重不匹配,很难通过传统熔焊技术实现连接。脉冲激光焊接技术具有热输入控制精准、加工速度快、灵活性高、能量密度高等优点,在焊接铝/钢异种金属上存在着更大的优势。从脉冲激光参数、脉冲激光复合焊接、对焊接母材进行预处理等多个角度梳理了国内外脉冲激光焊接铝/钢异种金属的研究进展,并给出了铝/钢脉冲激光焊接技术仍需开展的工作,旨在为后续相关研究提供参考。     

镁/钢异种金属焊接的研究现状与展望

分析了镁/钢异种金属的焊接性及存在问题,以搅拌摩擦焊、电弧焊、激光焊等焊接方法分类讨论了镁/钢焊接的研究现状;通过添加中间元素进行焊接调控是解决镁/钢异种金属焊接问题的关键,并对镁/钢焊接的后续研究进行了展望.     

镁铝异种金属激光-TIG复合热源焊焊接性分析

采用激光-TIG复合热源和TIG焊接异种金属镁和铝，利用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电镜研究镁和铝焊接接头的微观组织、元素分布。结果表明，TIG焊接镁和铝形成连续的金属间化合物层，导致镁和铝接触的界面开裂，不能实现有效的连接。激光-TIG复合热源由于其焊接速度高和对熔池的快速搅拌作用，使镁和铝形成的金属间化合物由连续的层状变成弥散的状态，改善了异种金属镁和铝的焊接性。镁和铝激光-TIG复合热源焊接的焊缝成形均匀，美观。     

钢/铝异种金属添加粉末的激光焊接

采用光纤激光器对1.4 mm厚DC51D+ZF镀锌钢和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行添加Mn、Zr粉末的激光搭接焊试验,利用金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制电子万能试验机等研究焊接接头各区域的金相组织、显微硬度、断口形貌、主要物相与接头的力学性能。结果表明:在钢/铝激光焊中添加Mn、Zr粉末,焊接接头平均抗剪强度与没有添加粉末相比,有所提高,其中添加Zr粉末的提高效果明显;Mn、Zr粉末的添加改变了钢/铝界面的元素分布、物相组成及微观组织形态,添加Mn能提高熔池金属的流动性,利于钢/铝界面结合,而添加Zr,焊缝区晶粒细小,形成新的ZrFe3.3Al1.3韧性相,抑制Fe-Al脆性金属间化合物生成。因此,添加Mn、Zr均改善了钢/铝焊接接头的力学性能。     

激光焊接镁/铝异种金属的显微组织与性能

对1.8 mm厚AZ91镁合金和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、电子显微硬度仪、微机控制电子万能试验机等手段研究镁/铝焊缝的表面成形性、接头区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相、显微硬度与接头力学性能。结果表明:激光功率1900 W,焊接速度50 mm/s,离焦量f为0,Ar气保护气体流量为15 L/min时,焊缝表面成形性良好,热影响区窄,晶粒细化;焊接接头平均抗拉强度和抗剪强度分别为13.99和12.79 MPa,镁侧和铝侧焊缝硬度均高于母材;剪切断口较平坦、光滑,出现相互平行的疲劳条纹;拉伸断口存在较多高度不一致的解理台阶,呈脆性断裂特征;镁/铝焊缝界面存在Mg17Al12、Mg2Al3主要物相,其中Mg17Al12脆性相高温下比Mg2Al3延性相结构稳定,是镁/铝焊接接头呈现脆性特征和较难实现焊接的主要原因。     

铝/钢异种金属激光焊接熔池形状的计算机模拟

通过建立数学模型和Matlab软件,对铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面进行了计算模拟,分析了激光焊接工艺参数对熔池形状和熔深熔宽的影响。结果表明,固/液相界面的熔池深度明显要比汽/液相界面的熔池深,且在横向尺寸和移动方向上的熔池中固/液相界面的区域明显要比汽/液相界面的宽;铝/钢异种金属适宜的焊接工艺参数:激光焊接功率为1 600~1 800 W,焊接速度为25~40 mm/s,激光光斑直径范围为0.2~0.6 mm。     

铜/钢异种金属焊接技术研究现状

重点介绍了国内外针对铜/钢异种金属连接的几种常用焊接方式,从不同焊接方法的特点入手,对其接头的成形机理、微观组织与力学性能进行了分析,并系统地总结了不同焊接方法的现存问题与解决办法。对于熔化焊,得到更为均匀的熔池以控制偏析是得到可靠接头的方式;传统电弧焊可通过控制填充材料以实现,而高能束焊可利用其控制精密的优势,利用束流偏析或周期运动以获得组织更为均匀的接头,是更可靠的熔化焊方法。对于钎焊及熔钎焊,选用合适的钎料则是实现可靠连接的关键,但其接头力学性能普遍较差,不适合应用于承载结构。而固相焊不涉及材料的熔化,相比于熔化焊,其接头具有更细小且均匀的微观组织,是具有巨大潜力的焊接方式。调控其界面反应层的形成是进一步提高接头强度的可行方式。在此基础上,进一步对未来铜/钢焊接的发展方向提出了展望,提出了关于上述焊接方法在未来可行的研究方向。     

异种镁合金激光焊接接头分析

采用CO2激光对三种镁合金AZ31、NZ30K、ZK60进行焊接,并通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及拉伸试验机对其焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析和测试。结果表明,异种镁合金采用激光焊接均能得到良好的焊缝,其焊接接头的抗拉强度均小于母材的抗拉强度。元素分析表明,接头熔合区均存在明显的元素浓度梯度分布。     

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。     

镁铝异种金属焊接研究现状与进展

综述了近年来国内外镁铝异种金属焊接的可行性和焊接方法的研究现状,对镁铝焊接的方法、特点、应用及组织演化特征进行了分析,认为镁铝异种材料焊接时,有效控制接头金属间化合物的组成、大小、形貌及分布状态是获得优质焊接接头的关键。对未来镁铝焊接的研究趋势进行了预测,认为镁铝的熔化焊接是一种高效且实用的焊接方法,具有广泛的应用前景,该方法的连接机理及失效分析还要需进一步研究和探讨。     

铝与钢异种金属焊接的研究与发展概况

分析了铝与钢的焊接性,综述了国内外铝与钢异种金属焊接的研究与发展状况,重点介绍了目前应用于铝与钢连接的焊接方法,并对各种焊接方法的优缺点作了分析比较.     

镀锌钢一6016铝合金异种金属加入中间夹层铅的激光焊接

对1．2mm厚镀锌钢板和1．15mm厚6016铝合金平板试件进行了加入中间夹层铅的激光搭接焊试验,通过调整焊接工艺参数获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、x射线衍射、微机控制电子万能试验机等手段研究了焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、主要物相与接头力学性能．结果表明,在钢／铝激光焊中添加中间夹层铅,焊接接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为68．51MPa和2．37％,与没有加铅夹层相比,抗拉强度和断后伸长率明显提高;夹层铅的加入,改变了钢／铝界面的元素分布、物相组成及微观组织形态,焊接接头过渡区域Fe,Al,Zn,Mg,Pb元素的混合区宽度较大,除生成Fe—A1,Mg—Zn脆性金属间化合物外,产生了新的金属间化合物Mg2Pb,改善了焊缝金属的力学性能。     

镀锌钢一6016铝合金异种金属加入中间夹层铅的激光焊接

对1．2mm厚镀锌钢板和1．15mm厚6016铝合金平板试件进行了加入中间夹层铅的激光搭接焊试验,通过调整焊接工艺参数获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜、x射线衍射、微机控制电子万能试验机等手段研究了焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、主要物相与接头力学性能．结果表明,在钢／铝激光焊中添加中间夹层铅,焊接接...     

镁-铝异种金属冷金属过渡连接焊接性分析

通过CMT(Cold Metal Transfer)冷金属过渡焊接的工艺对镁(AZ31B)-铝(6061)异种金属焊接性进行了研究,试验中选用AZ61,4043焊丝、采用热镀锌钢板HDG60作为过渡金属,分别用于镁-钢、铝-钢侧焊接,选取合适的焊接工艺参数,使其间接实现了镁-铝异种金属连接的目的。研究得出：使用这种方法可以形成镁-钢熔钎焊焊接接头,铝-钢熔钎焊焊接接头组成的复合接头;同时冷金属过渡焊接可以通过保持较低焊接热输入从而降低界面反应层的厚度;而且镀锌钢板中间过渡层的使用也避免了镁-铝直接焊接时形成的脆性金属间化合物,如Al3Mg2,Mg17Al12等。采用该方法连接的镁-铝异种金属焊接接头的抗拉强度超过180 MPa,并且有较好的断后伸长率,相比铝镁异种金属CMT直接焊接,性能得到很大的改善,因此使用镀锌钢板中间过渡层的使用实现铝镁异种金属之间的连接是一种行之有效的方法。     

钢/铝异种金属激光胶接焊

采用光纤激光器对1.4 mm厚的DC56D+ ZF镀锌钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行了加入胶层的激光搭接焊试验,分析了焊接接头的微观组织、断口形貌和力学性能,研究了不同工艺参数对钢/铝胶接正面与横截面焊缝形貌的影响.结果表明,在激光功率为1650 W,焊接速度35 mm/s,离焦量+3.0 mm,氩气为保护气体且流量为20 L/min的最佳工艺条件下,加入胶层,焊接试样正面焊缝均匀连续,无气孔、裂纹缺陷,钢/铝连接良好;焊接接头抗剪强度与平均剪切力分别为41.45 MPa和1.04kN,力学性能并没有因为胶层的加入而减弱,焊缝区断裂形貌为韧性断裂与准解理断裂的混合形貌.     

镁合金-钢异种材料熔化焊研究现状

镁合金-钢异种金属复合结构具有巨大的使用价值,特别是在船舶、汽车、航空航天等领域.由于镁与钢熔沸点差异巨大,Mg在Fe中不固溶,无法形成固溶体和金属间化合物等,因此,镁合金-钢异种金属熔化焊还存在较多问题.本文从镁合金-钢的焊接性与实现焊接的总体要求这两个角度出发,对镁合金-钢异种金属熔化焊的研究现状进行了讨论.重点分...     

铝/钢异种金属的焊接工艺与组织性能研究

以6008-T66铝合金板/H220YD钢板异种金属为研究对象,研究了焊接时间对异种金属焊接接头显微组织和力学性能的影响,并分析了焊接时间的作用机理。结果表明,当焊接时间从50 ms增加至400 ms过程中,铝/钢焊接接头中6008-T66铝合金板侧的压痕深度缓慢增加,而熔核直径逐渐增大,铝/钢焊接接头中心界面处的金属间化合物层的厚度呈现逐渐增加的趋势;铝/钢焊接接头的拉剪力随着焊接时间的增加呈现先增加而后减小的趋势,在焊接时间为300 ms时取得最大值;除了焊接时间为300 ms时,铝/钢焊接接头的拉剪试样以钮扣断裂方式失效外,其余焊接时间下的拉剪试样都断裂在结合面处。     

激光焊接异种钢组织及显微硬度分析

采用激光摆动焊接方法焊接异种钢,利用JMATPro软件计算了母材3Cr13,VG10的平衡相图,通过XRD,SEM,EPMA等技术分别对焊缝、熔合区、热影响区的相组成和显微组织进行了分析,测定了焊接接头的显微硬度分布. 试验结果表明,焊缝主要为α相和碳化物M₇C₃;从熔合线到焊缝中心,组织由平面晶逐渐变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、柱状晶、等轴晶. 焊缝组织存在显微偏析,其中C,Cr元素在晶界富集,Fe元素在晶内富集,同时在晶界处有条棒状的M₇C₃析出. 熔合线附近的母材处有C迁移现象,其中3Cr13侧母材处有类针状马氏体组织产生,VG10侧熔合区存在非对流混合区,在该位置有块状、岛状组织嵌入母材,且在该组织上有片层状的碳化物生成. 熔合线两侧的母材硬度值最大,焊缝区硬度变化较小,热影响区硬度随着远离焊缝中心距离的增加而逐渐减少.     

异种钢焊接裂纹研究

采用 Cr29—Ni9型及 LZ60焊条焊接易淬火钢时,发现了三种形态的裂纹:底层焊道中部贯通裂纹、综合区奥氏体晶带裂纹和层间裂纹。它们与异种钢焊缝中马氏体层的存在,氢在奥氏体晶带和马氏体层交界处的富集,以及复杂的应力状态等有关。本文根据裂纹的特性,研究了它们的生成条件和影响因素,并提出了有效防止裂纹发生的低氢优化工艺。     

铝/钢异种金属Nd:YAG激光-MIG复合热源熔-钎焊接工艺

铝与钢异种金属的优质高效焊接一直是焊接领域的一项技术难题.针对铝与钢焊接的技术困难和特点,提出了可实现铝与钢熔-钎连接的大光斑激光-电弧复合热源焊接方法,用该焊接方法实现了5A02铝合金板与镀锌钢板的优质高效连接.试验结果分析表明,接头钢母材未发生熔化,焊缝与钢母材为钎焊连接,拉伸试样的破坏位置发生在接头铝母材热影响区,接头的抗拉强度与铝合金电弧熔化焊接头强度相当.