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。     

胶层辅助激光焊双相钢/铝合金接头显微组织与力学性能

对1.4 mm厚DP590双相钢和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行有无胶层加入的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、背散射电子衍射技术(EBSD)、能谱仪(EDS)、显微硬度分析仪和微机控制电子万能试验机等研究有无胶层辅助激光焊接头焊缝区域的金相组织、断口形貌、相分布及含量、晶粒大小、界面元素分布、显微硬度与接头力学性能。结果表明:在激光功率为1800 W、焊接速度为40 mm/s、离焦量为+2 mm、采用Ar为保护气体且流量为15 L/min的条件下,添加胶层时,焊接试样焊缝表面成形性良好,焊缝区无软化组织生成,焊接接头的平均剪切强度为41.33 MPa;与没有添加胶层的相比,试样的剪切强度提高1.44倍。添加胶层可增加焊缝熔深和熔宽,有利于钢/铝的焊合,钢/铝界面生成具有延性富Fe的Fe-Al化合物,均匀分布的晶粒有助于试件承受的外力均匀分布在焊接接头的搭接区域,因而添加胶层对焊接接头的力学性能有改善作用。     

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...     

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。     

Ni/Si中间层对铝/钢激光焊接头组织与性能的影响

研究了以Ni箔以及预置Si粉的Ni箔为中间层的铝/钢异种金属激光焊行为. 系统考察了不同激光功率下预置Si粉的Ni箔中间层对铝/钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响. 结果表明,加入预置Si粉的Ni箔做复合中间层时,与只添加Ni箔片做中间层时相比,焊接接头的最大剪切力明显提高,其中激光功率为2 150 W时焊接接头的最大剪切力提高至1 307.96 N;Si粉的添加增加了熔池的流动性,并使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生了改变;焊缝区生成了Fe-Si及Al-Si二元新相,有效抑制了Fe-Al二元脆性相的生成,改善了铝/钢的焊接性. 因此,预置Si粉的Ni箔复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种金属激光焊过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能.     

镀锌钢/铝添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊研究

对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和1.15 mm厚6016铝合金平板试件进行了添加中间夹层Cu、Pb的激光搭接焊实验研究,利用体视显微镜、卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制的电子万能试验机等手段研究了钢/铝焊缝的表面成形性、接头各区域的金相组织、界面元素分布、断口形貌、主要物相与接头力学性能。结果表明:添加中间夹层Cu、Pb,焊接接头的平均抗拉强度分别为49.44、73.51 MPa,伸长率分别为1.63%、2.37%,与未添加夹层相比,抗拉强度和伸长率提高,其中Pb提高效果优于Cu;不加夹层,钢/铝试样断口呈明显脆性断裂特征;加入夹层Cu,脆性断裂特征不明显;而加入夹层Pb,试样断口呈韧性断裂特征;添加夹层Pb,钢/铝界面连接处Fe、Al、Zn、Mg、Pb元素变化剧烈,混合区宽度大,新生成Mg2Pb金属间化合物的结构比FeAl金属间化合物稳定,能抑制脆性FeAl金属间化合物生成。这是添加夹层Pb明显改善钢/铝焊接接头力学性能的重要原因。     

铝/钢预置Cu镀层激光搭接焊接头组织及力学性能

为研究以预置Cu镀层为中间层的铝/钢异种金属的激光焊接行为,在6061铝合金与DP590双相钢2种母材表面电镀Cu层,对预置Cu镀层的6061铝合金与DP590双相钢进行了激光搭接焊。利用扫描电镜、能谱仪、拉伸试验及显微硬度试验对接头的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明,0.5 mm等厚的6061铝合金/DP590双相钢的预置Cu镀层激光搭接焊的优化工艺参数为激光单脉冲能量为10 J,脉宽为6 ms,频率为15 Hz,Cu镀层厚度为60μm,铝/钢搭接焊缝的抗拉强度为59.8 MPa。预置Cu镀层起到了阻隔作用,能够减弱铝/钢的直接扩散,有效抑制了Fe-Al硬脆性金属间化合物的形成,提高了焊缝的抗拉强度,降低了焊缝显微硬度。随着预置Cu镀层厚度的增加,铝/钢焊缝的熔合界面变得更为光滑。     

铝/钢预置Cu镀层激光搭接焊接头组织及力学性能

为研究以预置Cu镀层为中间层的铝/钢异种金属的激光焊接行为,在6061铝合金与DP590双相钢2种母材表面电镀Cu层,对预置Cu镀层的6061铝合金与DP590双相钢进行了激光搭接焊。利用扫描电镜、能谱仪、拉伸试验及显微硬度试验对接头的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明,0.5 mm等厚的6061铝合金/DP590双相钢的预置Cu镀层激光搭接焊的优化工艺参数为激光单脉冲能量为10 J,脉宽为6 ms,频率为15 Hz,Cu镀层厚度为60 μm,铝/钢搭接焊缝的抗拉强度为59.8 MPa。预置Cu镀层起到了阻隔作用,能够减弱铝/钢的直接扩散,有效抑制了Fe-Al硬脆性金属间化合物的形成,提高了焊缝的抗拉强度,降低了焊缝显微硬度。随着预置Cu镀层厚度的增加,铝/钢焊缝的熔合界面变得更为光滑。 创新点： 采用脉冲激光焊对预置Cu镀层的6061铝合金和DP590双相钢进行搭接焊,预置Cu镀层能够控制合金元素对铝/钢焊缝质量的影响,有效提高铝/钢搭接焊缝的力学性能。     

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.     

镀Zn钢-6016铝合金异种金属的激光熔钎焊及数值模拟

熔钎焊是抑制或减少钢/铝异种金属激光焊接过程中FeAl脆性金属间化合物产生的有效工艺方法。采用光纤激光器,不添加任何钎料,对1.2 mm厚DC56D+ZF镀锌钢和6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用MATLAB软件,针对焊接过程的实际情况,在一定的基本假设下建立准稳态下钢/铝异种金属激光焊接熔池形状的数学模型,基于准稳态形状控制方程数值计算获得的熔池几何形状分布,结合试验来调整焊接工艺参数,获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段研究焊接接头各区域的金相组织、主要元素分布与物相组成。结果表明:焊接激光束照射搭接在钢板上的铝板对接焊缝时,焊接功率和焊接速度对熔池几何形状的影响较大,随着激光功率的增大,熔深增加;而随着焊接速度的增加,熔深却变浅。当焊接功率为1 600~1 800 W、焊接速度v=30 mm/s、离焦量D=0 mm时,焊缝成形性良好,无明显裂纹、气孔等缺陷,焊接接头区域存在一个台阶状结构,在平台区域,钢/铝两钟金属存在明显的界限,界面结合依靠液态的铝在钢母材表面上的润湿、填充和铺展等作用;下凹区域,钢/铝熔合较好,Fe和Al元素的混合区宽度较大,未形成明显的FeAl脆性金属间化合物,Fe和Al的热扩散是该区域界面结合的主要原因。     

旋转速度对铝/钢填丝搅拌摩擦焊接头性能的影响

铝与钢复合结构是实现载具轻量化的有效途径之一,为了指导铝与钢搅拌摩擦焊接技术的工业应用,必须开展铝与钢异种材料的搅拌摩擦焊接工艺试验。采用填丝搅拌摩擦焊对2.8 mm厚的Q235冷轧钢和2.9 mm厚的5A06铝合金异种金属进行对接焊,分析接头的宏观形貌、微观结构、组织成分、微观硬度和断口形貌。结果表明:C形界面的内凹深度、界面IMC层厚度随旋转速度的增加而增加;大量Al3Ni颗粒呈弥散分布于焊缝中;在旋转速度为420 r/min时,界面IMC层为厚度1.3μm的FeAl相,接头主要断裂于焊核区,断裂模式为韧性断裂,平均抗拉强度为240.3 MPa,正弯角度为19.3°、背弯角度为13.4°;接头显微硬度呈不对称分布,表现出阶跃特征。     

铝/钢表面预置粉末激光焊接头的组织与性能

针对铝/钢焊接的技术难点,采用铝表面预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉、铝/钢层间预置Sn粉的方法,对1.2 mm厚6016铝合金和1.4 mm厚DP590双相钢进行铝上钢下搭接、铝/钢表面同时预置粉末的光纤激光焊接试验,分析接头成形、连接界面显微组织及力学性能;利用ANSYS有限元软件,建立铝/钢激光焊接瞬态有限元模型,计算接头温度场分布;利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算预置粉末新形成物相FeSn、Fe_3Sn及FeAl_3、Fe_2Al_5等化合物的模量和热力学性能。结果表明:在激光头沿焊接方向偏转10°、激光功率2750 W、焊接速度32 mm/s、离焦量-2 mm、Ar保护气体流量20 L/min条件下,铝/钢表面同时预置粉末可实现6016铝合金与DP590双相钢有效连接,无明显气孔、裂纹等缺陷,接头平均线载荷54.16 N/mm,与铝表面预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉、铝/钢层间未预置Sn粉相比,接头性能提高1.6倍;铝表面预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉,焊接元素光谱相对强度和等离子体的电子密度增大,预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉增加上层铝对激光的吸收率,改善焊缝表面成形;当铝/钢层间预置Sn粉时,铝、钢均达到熔化状态,上层铝液和下层钢液的熔合宽度加大,铝/钢横向结合面积增加,焊合率提高;此外,焊缝区晶粒细小,接头界面Fe-Al化合物的层厚度减少,生成高温下结构稳定的FeSn和Fe_3Sn等延性新相,因而同时预置粉末获得了较好的铝/钢接头性能。     

Q235钢与5052铝合金感应-静压焊接头界面微观组织和力学性能

为了有效实现车身上的钢/铝复合结构连接，提出了一种新型的焊接与连接技术?感应-静压焊(induction-pressure welding，IPW). 通过光学显微镜、电子扫描显微镜对钢/铝合金连接界面的组织形貌进行观察，通过X射线色散能谱仪、X射线衍射仪及显微硬度计测试了钢/铝连接界面的化学成分、金属间化合物种类以及显微硬度. 结果表明，采用感应-静压焊工艺可以实现Q235钢与5052铝合金的有效连接. 接头界面上1、2号试样的金属间化合物平均厚度分别为115，85 μm. 接头界面的微观组织形貌呈锯齿状，并且组织向钢侧生长. 接头界面组织的硬度明显高于两侧钢铝基体组织的硬度，1，2号试样接头的抗拉强度分别为49，158 MPa. 同时，在整个感应-静压焊工艺过程中，随着加热温度的降低，金属间化合物厚度呈线性减少. 此外，还发现铝原子的扩散能力显著高于铁原子. 故而，在钢/铝感应-静压焊接头界面生成了富铝的金属间化合物Fe₂Al₅和FeAl₂.     

铝/钢异种金属电阻点焊接头微观组织与力学性能研究

采用电阻点焊实现对6061铝合金和H220YD高强镀锌钢的焊接,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计和万能试验机等测试方法研究了铝/钢点焊接头的组织和性能。结果表明,铝/钢点焊接头从铝侧向钢侧依次为铝合金熔核、铝/钢界面、高强钢热影响区。铝/钢点焊接头界面靠近钢侧金属间化合物层显微硬度最高,靠近铝合金侧金属间化合物硬度次之,铝合金显微硬度最低。随着焊接电流的增加,铝/钢点焊接头拉剪力先增加后减小,焊接电流9 k A、焊接时间300 ms、焊接压力2 k N时,接头拉剪力达到最大值3.4 k N。     

钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接接头组织与性能研究

采用激光-MIG复合焊接的方法对Q960钢/6061铝异种金属进行了焊接,对比分析了添加Cu前后复合焊接接头的显微组织、物相组成和力学性能的变化,并对其断口形貌进行了观察。结果表明,添加Cu后焊接接头仍然保持着典型熔-钎焊特征,但是IZ(界面区)区域的界面层形态发生了明显改变,界面层厚度从加Cu前的16μm降低至加Cu后的6μm,界面层中的针状Fe_4Al_(13)相和舌状Fe_2Al_5相转变为细小絮状Al_(13)(Fe,Cu)4和舌状Al_5(Fe,Cu)2相,界面层中的显微裂纹消失;加Cu后钢/铝复合焊接接头的最高硬度仍然出现在界面层,但是最高硬度相对加Cu前有明显降低,这主要与界面层中形成了Al_(13)(Fe,Cu)4和Al_5(Fe,Cu)2金属间化合物有关;加Cu后焊接接头的抗拉强度和伸长率相较于加Cu前分别提高了110.5%和183.3%,而断裂位置都处于钢/铝界面区。     

钢铝异种材料搅拌摩擦焊界面组织及性能

对2.5 mm厚6005A-T6铝合金与3 mm厚S420MC钢板进行搅拌摩擦焊搭接焊接,采用扫描电镜、X射线衍射(XRD)和显微硬度计研究焊缝界面形貌、微观组织结构和力学性能。结果表明:钢/铝搅拌焊的界面处形成了搅拌焊特有的飞边结构,焊核区钢/铝呈层状组织结构,有金属间化合物Al Fe、AlFe_3和Al_(13)Fe_4的形成;界面结合为机械+冶金结合,平均拉剪载荷为5.024 k N;铝侧拉伸断口为韧性断裂,钢侧为韧—脆混合型断裂;界面处的显微硬度达393 HV,远高于母材金属;搅拌头的磨损率为1.18 mm/m。     

双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟

采用光纤激光器作为焊接热源,对1.4 mm厚DP600双相钢和1.8 mm厚AZ31镁合金平板试件进行钢上、镁下搭接、钢/镁层间添加Sn箔的激光热传导焊试验,通过试验调整优化焊接工艺参数,获得最佳焊缝成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)的扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)等观察添加Sn箔钢/镁接头的显微组织、界面元素分布和相结构组成;利用ANSYS有限元软件,考虑材料物性参数的温度相关性、初始条件、边界条件等因素影响,建立钢/镁异种金属激光焊接非线性三维传导有限元模型,模拟计算钢/镁焊接接头的温度场分布。结果表明:添加Sn箔可实现钢/镁之间的有效连接,焊接模式为激光热传导焊,模拟计算获得熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证采用高斯体热源模型用于模拟双相钢/镁合金焊接接头温度场的合理性;由于添加Sn箔减缓从上层钢板向下层镁合金的热量传递,起到一定程度的隔热效果,利于熔沸点差异大的钢、镁同时熔化,此外上层钢侧冷却速度降低,延长钢板与Sn箔中Fe、Sn元素的相互扩散时间,导致钢/镁界面中钢侧过渡区域生成FeSn、Fe_(1.3)Sn、Fe_3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成Mg_2Sn相。因此,添加Sn箔有助实现双相钢/镁合金异种金属的有效连接。     

镀锌钢/6016铝合金激光焊的BP神经网络工艺优化及组织和性能

为了抑制或减少镀锌钢/6016铝合金在激光焊过程中生成Fe/Al脆性金属间化合物,采用光纤激光器,不添加任何钎料,对汽车车身用镀锌钢与6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验。利用ANSYS有限元分析软件,建立钢/铝激光焊热源模型。基于模拟计算与温度同步测量,获取不同工艺条件下焊接熔深,将其作为训练样本,利用BP神经网络,建立激光焊条件下焊接功率、焊接速度、离焦量与焊接熔深之间的非线性映射关系,优化焊接工艺参数。采用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制电子万能试验机等手段对优化工艺条件下焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、界面元素分布、主要物相和接头力学性能进行研究。结果表明:模拟计算获得工件表面距焊缝中心不同位置温度与实验同步测量温度基本吻合,所建热源模型能反映激光焊实际过程特点;通过神经网络方法建立模型预测不同工艺参数下焊接熔池深度的相对误差控制在10%以内;优化工艺条件下,焊缝横截面铝熔化,钢少量熔化,液态铝在钢表面润湿铺展良好,钢/铝界面层形成厚度约为9μm、由FeAl和Fe3Al组成的金属间化合物层,焊接接头平均抗剪强度为27.70 MPa,断裂形貌表现为准解理和韧性的混合型断裂特征。     

焊后热处理对铝锂合金激光焊接头微观组织的影响

采用Nd:YAG激光对3 mm厚5A90铝锂合金薄板进行激光焊接,焊后对接头进行了固溶-时效处理,对热处理前后接头微观组织和显微硬度的分布进行了对比研究。研究结果表明,焊态5A90铝锂合金激光焊焊缝组织晶粒形态为等轴枝晶,未观察到强化相;经过焊后处理后,接头不同区域组织均呈现明显的晶界,焊缝金属晶粒形态转变为等轴晶,焊缝组织均匀性得到改善,并且焊缝金属晶粒内部弥散析出较多的δ'强化相。焊态下5A90铝锂合金激光焊焊缝的显微硬度低于母材,焊后热处理使焊缝金属中δ'强化相析出从而使焊缝的硬度显著提高。     

不锈钢激光焊与电弧焊焊接性对比研究

对厚2 mm的SUS301L-ST不锈钢材料用激光焊和电弧焊2种焊接方法进行焊接,通过外观、宏观金相、微观金相,力学性能、显微硬度等进行检测,对比研究不锈钢采用这2种焊接方法的焊接性。结果表明,2种焊接方法焊接的焊缝接头外观成形良好,未出现外部及内部缺欠,均具有良好的韧性,激光焊焊缝接头组织较电弧焊热影响区小、晶粒细小,激光焊焊缝强度与母材强度相当,高于电弧焊焊缝强度,激光焊焊缝硬度略高于电弧焊焊缝的硬度。