高频脉冲电流辅助镁/铝合金一步轧焊复合板制备及界面接合机理

针对传统热轧制备镁/铝合金复合板大下压率复合时异种金属协调变形差、界面氧化膜去除困难和金属间化合物层(Intermetalliccompounds,IMCs)生成不易控制的问题,提出采用高频脉冲电流辅助一步轧焊成形制备镁/铝合金复合板的新方法。探讨30 kHz、400 A、50%占空比的脉冲电流通电120 s作用,不同压下率复合板界面的结构形貌及结合强度。结果表明：压下率为16.8%时,复合板剪切强度最高,达到27.87MPa;不同压下率复合板横截面界面处均出现不同程度的熔融液相金属液珠挤出的现象,当压下率较小时(压下率为16.8%和22.3%)界面IMCs较厚,约为7.8μm,且界面呈现明显的“齿状”结构形貌;随着压下率的增大,IMCs逐渐减薄且界面形貌趋于平直。综合分析发现,高频脉冲电流辅助作用可实现镁/铝合金复合板的小压下率复合;其界面结合机理可归纳如下：镁/铝合金连接界面局部高温导致的界面微区部分母材金属熔化的熔钎焊接和原子扩散连接的冶金结合机理。分析其原因主要是连接界面微区局部高温并超过Mg-Al相图共晶温度形成的共晶液相,而界面局部高温一方面是异种金属连接界面待复合微区的局...     

钛/铝爆炸焊接复合板界面表征及冶金连接机制

钛/铝爆炸焊接界面是钛/铝层状复合材料成分、组织、性能的过渡区,决定着钛铝层状复合材料使役可靠性,爆炸焊接界面微观组织与结合机理有待深入研究。借助先进的材料分析手段,表征钛/铝爆炸焊接结合区微观特征,探讨爆炸焊接冶金连接机制。研究表明,沿着爆炸复合方向,钛铝结合界面由平直状向波状转变,波状结合处存在TiAl_3金属间化合物,爆炸焊接界面存在明显的晶粒细化,界面处钛铝两种元素扩散厚度为8μm。试验现象与爆炸焊接理论相结合,深入分析了钛/铝爆炸焊接界面微观特征形成的机理,揭示了钛/铝爆炸焊接具有压力焊、熔化焊和扩散焊的典型特征。     

Mg/Al合金爆炸焊连接及其界面接合机制

采用爆炸焊接技术制备以AZ31B镁合金为基板,以6061铝合金为覆板的AZ31B/6061合金的层状复合板。对复合板界面的宏观形貌、微观组织、界面元素扩散行为及界面接合性能进行测试、分析。结果表明:AZ31B/6061合金爆炸复合板接合界面呈波状接合;靠近接合界面处的塑性变形程度最大,以孪晶和再结晶形式为主;在AZ31B一侧靠近界面处出现与界面呈45°的绝热剪切带组织,带内为动态再结晶形成的细晶粒组织;接合界面两侧的显微硬度分布为:随着距离接合界面的增大,AZ31B和6061侧的显微硬度值递减趋势;复合板的拉-剪试验结果表明,界面接合强度达193.3 MPa;复合板界面接合机制为压力焊、扩散焊及局部熔化焊综合作用的结果。     

电流辅助累积叠轧镁/铝层状复合板的微观形貌 及力学性能

采用电流密度约1×10~8 A·m~(-2)的电流辅助累积叠轧工艺制备镁/铝层状复合板,研究了不同道次(1～3道次)轧制后的微观形貌和力学性能,揭示了电流辅助工艺对复合板界面结合性能和界面金属间化合物形成的影响。结果表明:电流辅助累积叠轧后,镁/铝界面结合良好,随着叠轧道次的增加,镁层出现越来越严重的颈缩现象;电流的引入抑制了界面金属间化合物的形成,镁/铝界面处元素呈现互扩散特征,形成了厚约3μm的原子扩散层,且其厚度并未随叠轧道次的增加而明显增大;随着叠轧道次的增加,复合板的抗拉强度和硬度均先增后降,伸长率则持续下降;镁层在电流辅助累积叠轧过程中发生的颈缩断裂以及电流对镁层和铝层的加速再结晶作用,导致3道次叠轧后复合板力学性能的降低。     

Mg/Al异种金属焊接研究现状及发展方向

镁合金和铝合金性能优异,应用前景广阔,焊接技术约束其进一步发展应用。分析了镁、铝合金的焊接特点,综述了近年来镁/铝异种金属焊接方法,包括扩散焊、钎焊、搅拌摩擦焊、电子束焊、TIG焊、激光焊等,展望了镁/铝异种金属的焊接研究方向。     

界面涂层对厚规格热轧钢/铝复合板界面结构与力学性能的影响

针对厚规格钢/铝复合板坯料厚度大、组元差异显著、难以直接轧制复合等特点,采用等离子涂覆技术与热轧复合工艺相结合成功制备了厚规格钢/铝复合板,通过结合界面剪切强度测试和SEM、EDS等检测方法,分别探究了轧制道次、温度与压下率对界面结构与力学性能的影响规律。结果表明,与直接轧制复合相比,经表面喷涂处理后的界面结合强度明显提高,且拉剪断裂面均位于钢与涂层界面。在单道次轧制条件下,随着轧制压下率增加,钢/涂层的微观界面得到改善,界面结合强度逐渐提高。在400～500℃范围内,钢/铝界面扩散层厚度随轧制温度提高呈增加趋势、界面结合强度先增大后减小。由于变形的不协调性,增加轧制道次会破坏前一道次界面复合结果,导致结合强度剧烈下降。当轧制温度为450℃、单道次压下率为40%时,钢/铝复合板界面剪切强度达66 MPa,符合相关标准要求。研究成果为厚规格钢/铝复合板生产制备提供了一种新途径。     

镁和钛异种金属冷金属过渡焊接接头微观组织及力学性能的分析

采用冷金属过渡焊接技术,对AZ31B镁合金、工业纯钛TA2异种金属熔钎焊焊接性进行探索研究,从焊接接头的微观组织、元素分布状况研究其连接机理。结果表明:冷金属过渡焊接技术是一种适用于镁、钛异种金属连接的有效方法。通过在过渡区和结合面形成新相可以实现镁、钛的有效连接。焊接接头的焊缝区主要由镁的固溶体?-Mg,骨架状的镁铝金属间化合物Mg17Al12,以及颗粒状分布的Mg17Al(Zn)12组成。镁钛结合面主要靠钛和铝的金属间化合物Ti3Al,以及镁铝金属间化合物Mg17Al12和Mg17Zn12连接。同时,焊接过程中Ti原子以及Al原子的扩散对其结合也有一定的影响。因此,焊接过程中必须保证足够的热输入量,以确保钛母材的熔化及钛、铝原子的扩散,从而提高其结合强度。     

2205双相不锈钢/Q345低合金钢爆炸复合板的组织与力学性能

采用爆炸复合法制备了2205双相不锈钢/Q345低合金钢复合板,借助光学显微镜、能谱仪、力学性能试验机等设备对爆炸复合板结合区的显微组织、元素扩散及力学性能进行了研究。结果表明:爆炸复合板结合界面呈波状,剪切强度高;与基板相比,复合板脆性倾向增加,界面元素扩散层厚度5～20μm;界面附近Q345低合金钢侧组织呈纤维状,其显微硬度升高约41.83%,2205双相不锈钢侧则呈现飞线组织,其显微硬度升高约18.31%。     

爆炸焊接TA2/Q235钢复合板末端开裂的原因

用爆炸焊接法制备了TA2/Q235钢复合板,用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了复合板末端开裂的原因。结果表明:在末端开裂区域的结合面形成了过渡层,开裂裂纹出现在结合界面和Q235钢基体内部;爆炸焊接后在钛板两侧和末端出现延展变形,延展部分超出钛板原始尺寸5～8mm;爆炸焊接时钛板软化是末端开裂的内因,复合板末端拉应力波是末端开裂的外因。     

爆炸法制备铁/铝双金属复合管的界面组织与结合强度

为研究爆炸法制备铁/铝双金属管复合界面的结合情况,通过压剪试验测试了该界面的结合强度,采用扫描电子显微镜和能谱仪分析了界面形貌及元素分布情况,并讨论了退火热处理对界面的影响.结果表明:制得的复合管中部实现了铁和铝的波状焊合,过渡层较窄,界面处未观察到明显的金属间化合物;界面的结合强度高于铝基体的抗剪强度;退火处理能够明...     

镀锌量对低合金钢/5052铝合金感应静压焊接头微观组织与力学性能的影响

运用感应静压焊接技术制备了三种不同镀锌量低合金钢与铝合金的搭接接头，研究不同镀锌量对感应静压焊接头界面连接状态、微观组织形貌以及力学性能的影响规律。结果表明，三种不同镀锌量搭接接头连接界面较平直，连接质量良好。接头中间界面区由靠近钢侧的Fe₂Al₅和靠近铝侧的FeAl₃组成。对比三种不同镀锌量接头微观组织发现，Zn元素能改善钢铝界面初始润湿机制，强化低合金钢与铝合金之间的连接效果，提高搭接接头力学性能。当使用镀锌量为140 g/m²的低合金钢板进行焊接时，在焊趾位置发现了明显的富锌区缺陷，导致接头剪切性能急剧下降。低合金钢板与铝合金的搭接接头的剪切性能随着镀锌量的增加呈现出先提高后降低的趋势，挑选厚度适中的镀锌层对提高接头力学性能具有重要意义。     

铝/铜电弧熔钎焊接头界面组织及演变研究

采用旁路耦合电弧焊方法实现了铝合金与紫铜的熔钎焊,并研究焊后退火下铝/铜界面组织的演变。采用扫描电镜观察焊后及不同退火工艺下界面微观组织的形貌,同时,通过能谱仪及X射线衍射对界面的物相进行确定,并通过蒙特卡洛结合原胞自动机方法建立界面金属间化合物的热力学-动力学模型,分析了界面组织的演变行为。结果表明,通过旁路耦合电弧方法可实现铝/铜的熔钎焊,铝/铜焊接接头经250～400℃退火3h后,界面处最终形成Cu Al、Cu_9Al4_和Cu Al_2三种金属间化合物,随着退火温度的增加,界面金属间化合物厚度呈线性增加,最大厚度为38.39μm,铜-铝界面金属间化合物的形成由原子间互扩散和界面化学反应共同决定。     

钛／铝爆炸复合板结合区域的微观组织及力学性能的研究

采用爆炸焊接方法对TA2与2 A12金属组合进行爆炸复合,并对获得的钛/铝爆炸复合板进行微观组织结构分析及力学性能测试。金相组织观察显示,复合板的结合界面以波状方式结合,在结合界面处产生了强烈的塑性变形。对复合板结合界面区进行XRD测试分析,未发现有金属间化合物析出,保证了结合界面具有较高的结合强度。力学性能测试结果表明,随着与结合界面之间的距离增大,其显微硬度逐渐降低,整体上复合板的力学性能良好,其拉伸强度和剪切强度等能够满足工业生产对其力学性能的要求。     

镍铝青铜焊丝进行镁/镀锌钢板点焊的焊接性分析*

以镍铝青铜焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金/镀锌钢板进行冷金属过渡点塞焊试验研究,分析镁板上孔直径对镁钢点塞焊接头力学性能的影响.并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理。研究结果表明：使用镍铝青铜焊丝能够得到焊缝美观的镁/镀锌钢异种金属的连接接头。镁/钢板焊接接头的焊缝主要由α-Cu和CuAl₂组成,熔合区由镁的固溶体α-Mg以及Al₂Cu₃Mg₂和Mg₂Cu混合的金属间化合物组成。镁板上孔的直径对镁钢接头性能有很大的影响。随着镁板孔径的增大,镁钢点塞焊接头的最大抗拉载荷先增大后减小,且当镁板孔径为5 mm时接头的最大抗拉载荷达到最大为3.4 kN。焊缝金属和镁母材的连接处即熔合区存在大量脆性金属间化合物,使得镁/钢接头整体力学性能较差。     

爆炸振动改善了焊接质量

淬火时效的铝合金在焊接时其强度降低很多,而焊接强度能由天然或人工时效来改善,英国Royal军事科学院认为利用爆炸振动处理提供了更加直接的方法。该学院所焊接的厚度为0.4时的铝合金板其成分为铝4.22,锌2.46,镁0.26,铁0.13,硅0.28,铝合金板所承受的振动载荷可由下列两种爆炸物质所产生,一种是厚度为0.6时颗粒状爆炸物质焊层,一种是厚度为0.128时等爆炸物质焊层,爆炸焊层要足以覆盖焊接区域和热影响区域。该项技术的研究可归纳如下: (1)焊接后立即爆炸振动的载荷改善了强度,提高了热影响区域的硬度,薄层的爆炸物质较颗粒状爆炸物质更加反应灵敏。 (2)在振动处理后再自然时效可使热     

铝/黄铜异种金属搅拌摩擦焊搭接接头显微组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对5052铝合金及H62黄铜异种金属进行搭接,搅拌头转速固定为1 000 r/min,焊速为100～300mm/min,对接头微观组织和力学性能进行研究。结果表明:搭接接头铝侧分为焊核区、热机影响区和热影响区。接头铝侧与搅拌头直接作用的区域,晶粒发生一定的细化。搭接界面处两板间分界明显,界面处有黄铜和铝的机械混合,且有金属间化合物产生。接头显微硬度分布表明铝侧焊核区显微硬度最高,硬度最低点在热影响区。界面处的硬度明显大于铝及黄铜母材。随着焊速的增大,接头拉剪载荷先增大后减小。接头拉伸时断于界面区,断口为解理断裂。     

铜/铝复层板成形极限视觉测量方法及成形性能

基于数字图像相关法（DIC）与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板成形极限应变的视觉测量方法,利用有限元模拟结果对该方法进行验证。根据DIC方法获得的板料成形极限应变,分析热处理工艺及接触状态对铜/铝复层板成形极限的影响,使用扫描电子显微镜对界面与断口形貌进行观察分析。结果表明：DIC方法测得的铜/铝复层板失稳破裂时的最大主应变与有限元模拟结果的相对误差为0.1%,且应变值分布与有限元模拟吻合也较好;铝在内层时复层板成形极限大于铜在内层时的成形极限;经过退火处理的铜/铝复层板成形性能优于未退火时的性能;铜/铝复层板发生失稳断裂时,界面产生脱离。     

铜/铝合金冷压-扩散复合焊接接头的显微组织

用冷压-扩散复合连接技术焊接T2铜与2A50铝合金,用SEM、EDS、XRD等方法对焊接接头进行了分析.结果表明:T2铜与2A50铝合金经200 MPa冷压+(515～525)℃×90 min热扩散和100 MPa热压+(515～525)℃×90 min扩散后,能在结合界面形成2 mm的异种金属焊缝;焊缝中铜的质量分数为56.91%,铝为43.09%;焊缝中CuAl2质量分数为56.4%,明显高于2A50铝合金的(7.6%);焊缝中没有单质铜.     

线性摩擦焊AA5083铝合金/T2纯铜异质接头特征研究

对AA5083铝合金/T2纯铜进行不同焊接压力下的线性摩擦焊试验,结果表明:焊接过程主要以铝合金的压缩变形为主,T2变形量较小。焊缝处界限分明,两侧晶粒均明显细化,铝侧细化程度更高且金属流线消失。焊缝界面可观察到明显的孔洞缺陷,且随摩擦压力的增大孔洞逐渐减小直到消失。接头拉伸强度达到T2母材的50%,接头伸长率很低,拉伸断裂均发生在焊缝区,断裂形式均为脆性断裂。微区成分分析可知,Al/Cu界面处存在厚度大约为2μm扩散层;界面附近Al侧出现以Cu粒子与金属间化合物弥散的机械混合组织,厚度在100~500μm浮动。接头强度较低的主要原因是存在界面孔洞缺陷及金属间化合物混合组织。     

基于Marc的不锈钢—钢复合板滚弯成形数值分析

采用Marc/Mentat有限元分析软件,按照NB/T47002!2009标准要求,对爆炸焊接不锈钢—钢复合板弯曲试验进行模拟,数值结果与真实试验一致。以板厚25mm复合界面最低剪切强度210MPa为例,分析了复合板滚弯时卷板机上辊下压量与复合界面产生剪应力的关系,同时研究了2种滚弯工艺对复合界面剪应力的影响规律,研究成果可以指导企业生产,减少卷板过程缺陷。