钛合金/陶瓷异质材料钎焊技术的研究现状

钛合金因其优异的性能，如密度低、耐高温、优异的蠕变和耐腐蚀性等，在航空航天、能源、汽车、建筑、包装与交通运输等诸多领域中得到了广泛应用。然而传统钛合金的高温性能较低，将钛合金与陶瓷连接起来制备成复合结构有助于获得质量较轻、高温性能优良的构件。钎焊在医疗、电力电子和汽车等领域应用广泛，被各国学术界认为是陶瓷/金属异质连接中最有效、最具有发展潜力的连接方式。综述了钛合金与Al₂O₃、ZrO₂等常见陶瓷及ZrB₂-SiC及ZrC-SiC等陶瓷基复合材料的钎焊技术研究现状，并介绍了如中间层法等常用的缓解钛合金与陶瓷接头中残余应力的方法，阐述了中间层与复合钎料中增强相的选取，最后指出钛合金/陶瓷异质钎焊技术研究和发展过程中存在的不足，并展望了钛合金/陶瓷异质钎焊技术未来的发展方向，为钛合金/陶瓷异质材料连接的相关研究和工程应用提供理论依据和技术支撑。     

陶瓷/金属焊接应力的数值计算与分析

陶瓷/金属焊接过程中容易产生残余应力,将影响到产品的可靠性.应用薄壳理论推导的理论公式对典型焊接结构的应力分布进行了理论计算,同时应用ANSYS有限元分析软件对该结构的应力进行了数值计算.结果表明理论计算与有限元分析结果一致,同时ANSYS可以给出详细的应力分布,完全可以应用于陶瓷/金属焊接的应力计算.     

陶瓷/金属钎焊接头强度研究现状

陶瓷与金属钎焊是当前工程领域研究的热点,由于陶瓷与金属的热膨胀系数与弹性模量等性能不匹配,造成接头存在较大的残余应力,这已成为影响钎焊接头强度的主要因素.因此,降低接头残余应力,提高接头强度是陶瓷与金属钎焊的主要研究内容之一.分别对氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、碳氮化物陶瓷与金属钎焊接头强度的研究现状进行了综述.     

缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究进展

由于陶瓷与金属的热物理性能不匹配,使得陶瓷/金属连接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力.在陶瓷、陶瓷基复合材料连接研究领域,几乎一直伴随着缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究.综述了国内外几十年来的研究成果,总结出7种缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法,其中缓释层、梯度、复合的概念十分重要,并对这些方法的原理进行了分析和探讨.要想获得理想的缓解残余应力的效果,发展多种方法相结合的复合缓解应力方法将是重要的研究方向.     

陶瓷金属钎焊接头优化与残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元数值模拟方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,研究了接头形式对残余应力的大小和分布的影响规律.研究结果表明,试件形状、接头形式、钎料性能和中间层性能等参数对残余应力的大小有较显著的影响.圆形试件比方形试件的残余应力要小,对可能产生应力集中的棱边进行圆角过渡处理后,也可以降低残余应力峰值,陶瓷的焊接面凸起情况下的残余应力也比平面或凹陷情况下的残余应力要小,钎料和中间层与陶瓷和金属的热膨胀系数差别越小、钎料和中间层的屈服强度越小,残余应力越小.     

陶瓷与金属钎焊连接的研究进展

陶瓷与金属的理化性质差异较大,实现二者的连接面临陶瓷润湿性差和接头中存在残余应力的问题。本文对陶瓷与金属钎焊连接的研究进展进行了论述,重点总结了实现二者连接的活性钎焊法和缓解残余应力的复合钎料法、中间层法及陶瓷表面加工改性等方法,并对陶瓷与金属钎焊连接的发展趋势进行了展望。     

残余应力对焊接结构应力腐蚀行为影响机理研究

针对焊接结构的应力腐蚀行为,提出了耐腐蚀常数公式,得到了残余应力对焊接结构耐腐蚀性能的影响机理。结果表明:耐腐蚀常数公式可以解释残余应力对焊接结构应力腐蚀行为的影响机理。焊接残余拉应力会同时减小金属的活化能和表面原子密度,导致焊接结构耐腐蚀性能的降低;在焊接残余压应力作用下,金属的表面原子密度升高,抵消了残余压应力对金属腐蚀速率的促进作用,提高了焊接结构的耐腐蚀性能。     

陶瓷/金属异质钎焊连接研究进展

钎焊作为制造业中材料连接较广泛的方法之一,在医疗、电力电子和汽车等领域广泛应用,国内外学术界认为钎焊是陶瓷/金属异质连接中最有效、最具有发展潜力的连接方式。本文主要对近20年国内外有关陶瓷/金属钎焊异质连接的研究报道进行详细综述。首先综述了陶瓷/金属钎焊的研究概况,其次分别从氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、陶瓷基复合材料四种陶瓷材料方面以及活性金属钎焊、空气反应钎焊、接触反应钎焊、玻璃钎焊和超声波辅助钎焊五种钎焊方法详细评述陶瓷/金属异质钎焊的研究进展。然后介绍了陶瓷/金属异质钎焊在医疗、电力电子和汽车领域的应用,最后指出陶瓷/金属异质钎焊技术研究和发展过程中存在的不足,并展望陶瓷/金属异质钎焊技术未来发展的方向,为陶瓷/金属异质材料连接的相关研究和工程应用提供理论依据和技术支撑。     

YG8/GH4169异种材料钎焊接头残余应力的数值模拟

钻探采样技术是实现月球土壤样本采集的首选方法,针对钻采工具中异种材料钎焊接头残余应力大、连接质量差等问题,以ANSYS有限元软件为平台,采用数值模拟方法,分析了YG8/GH4169钎焊接头残余应力的分布情况,以及添加Cu,Mo中间层时对接头残余应力的影响规律.结果表明,在硬质合金/高温合金钎焊接头中存在极大的残余应力,硬质合金靠近焊缝的顶点附近为应力集中的危险区域,最大轴向残余应力约为1 304 MPa;添加Cu,Mo中间层均能有效缓解接头残余应力,当中间层厚度小于0.6 mm时,Cu对接头残余应力的缓解效果更好,中间层厚度大于0.6 mm时,Mo的缓解效果更佳;Cu,Mo作为中间层时,缓解接头残余应力的最佳厚度均为1.0 mm左右,异种材料钎焊接头残余应力的试验结果与数值模拟结果基本吻合.     

相变温度对焊接接头疲劳强度的影响

焊缝金属相变温度不同 ,相变体积膨胀变形造成的相变应力会直接影响焊接接头残余应力的类型和大小。通过焊缝金属相变温度和残余应力测试以及焊接接头疲劳强度试验 ,分析了焊缝金属相变温度对焊接残余应力和焊接接头疲劳强度的影响规律。利用 5种焊缝金属相变温度不同的焊条分别对具有较大拘束度和应力集中的纵向角接板接头进行焊接 ,疲劳试验证明 ,焊缝金属相变温度在 191℃左右时 ,焊接接头疲劳强度最高。此试验为低相变点焊条改善焊接结构疲劳强度做了进一步论证     

陶瓷与金属扩散连接的研究现状

陶瓷与金属的连接技术是材料工程领域的热点研究课题,而扩散连接方法被认为是陶瓷与金属连接最适宜的方法。本文综述了陶瓷与金属扩散连接的研究现状,重点介绍了界面反应研究、残余应力分析和连接工艺研究等内容,并在此基础上指出了研究中所存在的问题。     

Ni-Cr/陶瓷连接界面残余应力有限元分析

采用有限元法分析Ni-Cr合金与陶瓷连接冷却过程中界面残余应力形成的大小和分布特征.结果表明,Ni-Cr合金与陶瓷存在较大的线膨胀系数差,在界面间会产生较大的残余应力,并因为边缘效应在拐角处产生应力集中,残余应力最大值出现在Ni-Cr/陶瓷界面的近瓷侧,可达131 MPa.Ni-Cr/陶瓷界面残余应力σz较大值出现在Ni-Cr/陶瓷界面近瓷侧的狭小区域内,剪应力τzx的较大值出现在金/瓷界面,向合金和陶瓷两侧递减.采用钛中间层缓解了Ni-Cr/陶瓷界面残余应力,使残余应力向钛中间层转移,残余应力σz较大值出现在钛中间层,剪应力τzx最大值出现在Ni-Cr/Ti界面;随着钛中间层厚度增加,界面残余应力σz增大,剪应力τzx变化不大.     

管道结构环焊缝焊接残余应力的计算与测量

由于管道结构的残余应力与焊接热源、焊接顺序、焊接接头形式、材料性能等多种因素有关， 采用数值计算往往很困难， 管道结构环焊缝所引起的焊接残余应力一直为焊接结构设计人员所关心。为了研究焊接残余应力对管道结构断裂的影响， 计算并实测了管道环焊缝多层 （三层） 焊的残余应力， 分析了焊缝强度匹配对计算结果的影响， 其结果对指导实际生产具有一定的参考价值。     

Ti-Nb-Cu作缓冲层的TiC金属陶瓷/304不锈钢扩散连接

对TiC金属陶瓷和304不锈钢进行真空扩散连接实验,并采用Ti/Nb/Cu中间层以实现活性连接并缓解接头残余应力的目的。对焊接接头进行详细的组织分析和力学性能测试来评估焊接工艺。分析发现在TiC金属陶瓷和304不锈钢之间形成明显的转变过渡区,界面反应产物为（Ti,Nb）,剩余Nb,剩余Cu以及 Cu（s.s）。连接温度925℃,保温时间20min,压力8MPa下得到的接头剪切强度达84.6MPa,此时脆性断裂发生在靠近界面处的陶瓷内部。结果表明,中间层Ti/Nb/Cu的合理选择能很好的降低金属间化合物对接头性能的有害作用,而且Nb对接头残余应力的改善起到关键作用,有效的提高了接头强度。     

玻璃与金属真空钎焊接头残余应力影响参数分析

玻璃和金属焊接接头由于设计不合理,将致使接头存在较大的焊接残余应力,会严重削弱接头强度.应用顺次耦合有限元热应力计算方法,对平板玻璃和金属在真空条件下的钎焊过程进行了数值模拟,分析了玻璃、金属、钎料厚度、钎焊压力和钎焊温度等因素对应力集中区域残余应力的影响,并观察了焊接接头拉伸断裂后的形貌特征.结果表明,金属厚度增加会增大残余应力,并且其对残余应力影响最显著;钎焊压力和钎焊温度的增加可以降低残余应力;玻璃和钎料厚度对残余应力的影响不大;焊接接头的拉伸断裂区域位于玻璃和金属焊接接头界面贴近玻璃一侧.     

基于SYSWELD的CRH_2-300铝合金车体缓冲梁和牵引梁焊接数值模拟

高速列车缓冲梁和牵引梁连接部位处焊缝是机车车体焊缝中最重要的焊缝之一,选用法国ESI公司开发的热加工专业计算软件SYSWELD对300 km/h动车组车体(二阶段)缓冲梁和牵引梁连接部位焊接接头和结构的焊接残余应力进行模拟计算。对不同焊接线能量和不同焊接顺序下的铝合金车体缓冲梁和牵引梁连接部位的焊接残余应力大小进行模拟,结果表明优化焊接顺序和焊接线能量可以有效减少焊接残余应力,对实际生产具有一定指导意义。     

SiC陶瓷/K4169合金复合铸件铸造过程的数值模拟研究

铸造一体化成形技术有助于制备大尺寸、复杂结构的陶瓷/金属复合构件,具有重要的理论意义和应用价值。本文基于有限元方法,针对SiC陶瓷/K4169合金复合铸件,探究铸造充型过程的流场,陶瓷-金属的热交互作用以及凝固过程中复合铸件热应力、残余应力的产生与分布特性。结果表明,金属液充型过程在内浇口处出现不稳定流动；陶瓷在接触金属液后,表面温度陡升,且在陶瓷内部形成20-30℃/mm的温度梯度；铸造热应力呈现出先降低后升高的趋势；残余应力集中在陶瓷和金属界面,且较大应力在陶瓷一侧,陶瓷端残余应力峰值在距离界面2-3mm处。     

高强度钢结构焊接残余应力的数值计算

在高强度钢结构的焊接过程中,焊缝附近的温度已经超过了淬火和回火的临界温度,微小的焊接工艺参数偏差就可能在焊接热影响区内引起材料性能的剧烈改变,在焊缝附近区域产生三维反力,使高强度钢材料对焊接残余应力具有更高的敏感性,显著地影响了高强度钢焊接结构的安全可靠性。本文根据焊接热力循环过程的特点,进行高强度钢焊接残余应力数值仿真,计算结果与试验结果比较吻合。在此基础上进行焊接工艺参数、结构参数及边界条件对焊接残余应力的影响,计算结果为高强度钢焊接残余应力的计算提供了参考。     

陶瓷-金属钎焊接头残余应力的数值分析

采用热弹塑性有限元方法，在考虑了材料性能参数随温度变化和界面反应层的情况下，计算了陶瓷／金属钎焊接头残余应力的大小和分布。通过计算发现：陶瓷／金属接头在冷却过程中产生的径向应力和剪应力对接头的影响较小。而在陶瓷表面的边缘接近焊缝的位置产生了最大的轴向拉应力，它影响接头的载荷承受能力，并且由于40Cr的屈服强度比45钢的高，计算出的Si3N4／40Cr接头的应力峰值比Si3N4／45钢的高。陶瓷／钎料和陶瓷／金属的界面反应层虽然薄，但它也是影响陶瓷／金属接头残余应力大小和分布的一个重要因素。另外，选择合适的钎料层、中问层和钎焊压力都可以有效地减小残余应力的峰值。     

陶瓷/金属扩散焊研究现状

陶瓷作为世界上使用最早的材料之一，具有较为优异的综合性能，在航空航天、工业生产等方面得到了广泛的使用。但是由于其加工性能较差、又硬又脆等特点，在实际的生产应用中往往会将其与金属连接起来形成复合结构，选择合适的连接技术就成为了决定陶瓷/金属性能强弱的关键。人类社会的进步也使得焊接陶瓷/金属的方法有了长足的进步，在众多的焊接方法中，扩散焊接被公认为是连接陶瓷与金属最好的方法之一，文中主要对陶瓷/金属扩散焊接的国内外研究现状进行了总结，并提出了陶瓷/金属进行扩散连接存在的问题以及部分改进的方法。