Ag95CuNiLi钎料钎焊钛合金与不锈钢异种金属的性能分析Ⅰ.钎料腐蚀性能

制备了Ag95CuNiLi钎料,研究了该钎料在核动力专用装置工况条件下的均匀腐蚀、点腐蚀和电偶腐蚀性能。均匀腐蚀试验结果表明,1500 h后,均匀腐蚀减重趋于稳定,均匀腐蚀速率为7.2 mg/(dm²·M)。点腐蚀试验结果表明,在整个试验过程中,钎料表面表现为均匀腐蚀,点蚀的迹象不明显。电耦腐蚀试验结果表明,钎料-不锈钢耦合电极中,钎料为阴极而得到保护,不锈钢母材为阳极,耦合电流在亚微安级;钎料-钛合金之间的电偶腐蚀中,钛合金母材为阴极而得到保护,钎料为阳极而加速腐蚀,耦合电流稳定在1.2 μA,电流密度约为1.5×10^-1 μA/cm²,电偶腐蚀的敏感性不大。     

Sn元素添加量对Zn4Al3Cu钎料电阻率及钎焊工艺性能的影响

采用合金化原理在Zn4Al3Cu基体上添加0~15%Sn,研究了Zn4Al3CuxSn钎料合金的电阻率和钎焊工艺性能.结果表明,随着Sn元素添加量的增加,Zn4Al3CuxSn钎料合金电阻率逐渐降低;当Sn元素添加量为15%时,Zn4Al3Cu15Sn钎料合金的电阻率为7.9×10^-7Ω·m,较基体钎料降低47%.Sn元素添加量不大于10%时,随着Sn元素添加量的增加,Zn4Al3CuxSn钎料合金铺展面积直线上升,其中Zn4Al3Cu10Sn铺展面积最大为98.3 mm²,较基体钎料提高了59.1%,这主要与形成SnZn共晶相及界面金属间化合物有关.因此从Sn元素对钎料合金电阻率及钎焊工艺性能影响考虑,最佳Sn元素添加量为10%.     

AgCuZnSn钎料的热力学特性

为了揭示AgCuZnSn钎料的热力学特性,以BAg50Cu Zn钎料为原材料,采用熔炼合金化方法制备高锡AgCuZnSn钎料。借助差示扫描量热仪(DSC)测定不同Sn含量AgCuZnSn钎料的熔化温度,运用热分析动力学中的非等温微分法和积分法分析AgCuZnSn钎料的相变热力学特性。利用热力学熵的概念,提出AgCuZnSn钎料钎焊工艺熵和接头性能熵的数学表达式。结果表明:随着Sn含量升高,AgCuZnSn钎料的吸热峰向左偏移,且在吸热峰钎料相变温度区间变窄。非等温微分法和积分法得到的AgCuZnSn钎料的相变活化能随着Sn含量增加逐渐增大;当Sn含量相同时,两种方法得到的钎料相变活化能几乎相同。当Sn含量为7.2%(质量分数)时,AgCuZnSn钎料的相变活化能和指前因子值最大,分别为364.46 k J/mol和7.29×1020。试验结果证实了钎焊工艺熵和接头性能熵的表达式在一定程度上可定量表征AgCuZnSn钎料的钎焊性能。     

Superplastic characteristics of fine-grained 7475 aluminum alloy

A 7475-aluminum alloy was subjected to a thermomechanical heat treatment that resulted in a final recrystallized grain size on the order of 10 μm. Tensile specimens of dimensions 10 × 4 × 2.3 mm were machined such that the tensile axis was parallel to the rolling direction. Tensile tests were carried out at high temperatures in the range of 773 to 803 K at different cross-head speeds corresponding to initial strain rates in the range of 10⁻⁴ to 10⁻² s⁻¹. Elongations of several hundred percent were observed at strain rates of <10⁻³ s⁻¹. The correlation between flow stress and strain rate suggests that the strain rate sensitivity m is close to 0.5 at the lower strain rates. The value of m decreases to ≈0.2 at high strain rates. The decrease in m suggests a transition in the rate-controlling process from superplastic deformation (m ≈ 0.5) to dislocation creep (m ≈ 0.2) with increasing strain rate. The calculated activation energies in the two deformation regions are consistent with the suggested rate-controlling processes.     

Cu-P变质对Al-Si-Zn钎料钎缝组织的影响

研究了Cu-P合金变质对Al-Si-Zn钎料6061铝合金钎缝组织及性能的影响.结果表明,Cu-P变质能提高Al-Si-Zn钎料接头的抗拉强度,并且在Cu-P合金添加量为1.5%时达到最大值144 MPa.P元素的加入不仅能变质初晶硅及共晶硅,还能细化钎料基体.变质后的钎料合金中,初晶硅以AlP为衬底生长,使得初晶硅明显细化,同时磷的加入使得Al-Si共晶点偏移,初晶硅数量增多.变质前后的两种钎料的6061铝合金钎焊接头微观组织分析结果表明,Al-Si-Zn钎料6061铝合金钎缝由α-Al,η-Zn,硅颗粒组成,变质后的6061铝合金Al-Si-Zn钎缝组织中大块初晶硅消失,产物主要为α-Al,η-Zn,小块状硅颗粒、AlP相.     

Effect of growth rates and temperature gradients on the spacing and undercooling in the broken-lamellar eutectic growth (Sn-Zn eutectic system)

The Sn-Zn system has a eutectic structure of a broken lamellar type. Dependence of the broken-lamellar spacing λ and the undercooling ΔT on V and G were investigated, and the relationship between them was examined. A Sn-Zn (99.99%) high-purity eutectic alloy was melted in a graphite crucible under vacuum atmosphere. This eutectic alloy was directionally solidified upward with a constant growth rate V (8.30 μm/s) and different temperature gradients G (1.86–6.52 K/mm), and also with a constant temperature gradient (6.52 K/mm) and different growth rates (8.30–165.13 μm/s) in a Bridgman-type directional solidification furnace. The lamellar spacings λ were measured from both transverse and longitudinal sections of the specimen. The λ values from the transverse section were used for calculations and comparisons with the previous works. The undercooling values ΔT were obtained using growth rate and system parameters K ₁ and K ₂. It was found that the values of λ decreased while V and G increased. The relationships between lamellar spacing λ and solidification parameters V and G were obtained by linear regression analysis method. The λ² V, ΔTλ, ΔTV ⁻⁵, and λ³ G values were determined using λ, ΔT, V, and G values. The experimentally obtained values for the broken-lamellar growth (Sn-Zn eutectic system) were in good agreement with the theoretical and other experimental values.     

Ti6Al4V合金激光熔覆NiMoSi复合涂层的高温抗氧化性能

为提高Ti6Al4V合金的高温抗氧化性能,以Ni-48%Mo-32%Si混合粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备复合涂层,分析涂层物相、组织结构、高温抗氧化性能及抗磨损性能,并讨论相关机理。结果表明：复合涂层中无裂纹,与基体实现了良好的冶金结合;硬质相Ti₅Si₃、MoSi₂和Mo₅Si₃均匀分布于基体α-Ti、NiTi中。经恒温800 ℃氧化100 h后,复合涂层的氧化膜主要由TiO₂、SiO₂和NiO组成,结构连续致密,表现出较好的高温抗氧化性能。而Ti6Al4V合金氧化膜主要为疏松TiO₂,表面氧化严重;氧化后,复合涂层和基体的单位面积增重分别为1.31和23.38 mg/cm²;复合涂层和基体的摩擦因数分为0.44和0.52、磨损率分别为16.2×10^-5和22.6×10^-5mm³/Nm,复合涂层的摩擦学性能亦有明显提高。     

镀锡AgCuZnSn钎料熔化特性的热力学分析

以BAg50CuZn钎料为基材,采用电镀热扩散组合工艺制备了镀锡AgCuZnSn钎料。为了揭示镀锡银钎料的热力学特性,借助差示扫描量热仪(DSC)测定了镀锡银钎料的熔化温度,运用热分析动力学中的非等温微分法和积分法分析了镀锡银钎料的相变热力学特性,并利用金相显微镜和X射线衍射仪(XRD)对钎料熔化后润湿界面的显微组织和物相进行了分析。研究表明,随着Sn含量升高,在吸热峰镀锡银钎料由固态向液态转变的温度区间变窄,非等温微分法和积分法得到的钎料相变活化能均逐渐增大。在Sn含量为7.2%时,镀锡银钎料的相变活化能和指前因子最大,分别为555.56kJ/mol、1.41×10~(32),此时镀锡银钎料相变速率方程的表达式为:k=1.41×10~(32)exp(-5.56×10~5/RT)。7.2%Sn含量的镀锡银钎料在304不锈钢表面熔化后,润湿界面组织主要由Ag相、Cu相、CuZn相、Cu_5Zn_8相、Cu_(41)Sn_(11)相、Ag_3Sn相组成。     

磷化聚苯胺固化含环氧基硅树脂涂层的制备及性能

为了改善有机硅树脂的固化条件及其涂层的防腐蚀性能,以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）、硅酸乙酯（TEOS）、二甲基二乙氧基硅烷（DMDMS）为硅烷单体,采用溶胶-凝胶法制备了含环氧基的硅树脂（ESiR）,并以磷化聚苯胺（PANI）为固化剂制备了硅树脂防腐蚀涂层,分析了PANI固化含环氧基硅树脂的固化反应。通过测试固化时间、涂层的柔韧性和硬度、热失重曲线等考察了PANI添加量对涂层固化程度的影响;通过附着力、接触角、吸水率、电化学阻抗谱和极化曲线测试了PANI添加量对涂层性能的影响。结果表明：当PANI添加量（质量分数）为3 %时,得到的涂层固化效果较好,涂层既具有良好的柔韧性,又有较高的硬度;且涂层表现出较好的疏水性、附着力和优异的防腐蚀性能,其接触角为103.5°,吸水率为8.91%;涂层的干、湿附着力均为0级;腐蚀电流密度为7.58×10^-8 A/cm²,电化学阻抗值达到3.4×10⁶ Ω·cm²。     

YSZ陶瓷与Kovar合金的银基钎焊研究

用BAg72Cu钎料对氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷与Kovar合金进行真空钎焊封接,用SEM、EDS和氦质谱检漏仪考察了钎焊温度和钎焊厚度对钎焊封接件的抗剪强度和气密性的影响,并分析了钎焊界面微观结合情况。结果表明,YSZ陶瓷与Kovar合金在850℃保温5 min钎焊封接时,获得的封接件能够承受最大的抗剪强度为75 MPa;钎缝氦漏率优于6.0×10^-11 Pa.m³/s,钎缝无气孔、裂纹现象,钎缝中间区域主要为银基钎料凝固组织,Kovar合金侧界面反应区富集铜合金,铂金属化层侧为富银相。     

5056铝合金稳恒磁控激光深熔焊接过程熔池流动与传热行为分析

针对外加稳恒磁场条件下6 mm厚度5056铝合金激光深熔焊接过程,建立了热场—流场—电磁场耦合熔池瞬态动力学数值模型,求解了特定时刻温度场、速度场与电磁场分布,建立了熔池沿不同方向的Peclet数模型,分析了不同磁场感应强度对熔池流动与传热行为的影响. 结果表明,稳恒磁场条件下熔池中产生显著的哈特曼效应,表现为液态金属Marangoni对流减弱,流速降低,热对流机制对熔池形貌的贡献减弱,使得熔池沿焊接方向长度明显收缩,固—液界面曲率减小;同时,磁控熔池表面及内部出现热迟滞效应,表现为液相峰值温度升高,温度梯度增大,热扩散速率提高,熔池的局部尺寸得以增大. 铝合金磁控激光深熔焊过程焊缝形貌的变化是哈特曼效应与热迟滞效应共同作用的结果.     

电子束扫描横焊薄铌板的熔池动力学行为

在电子束焊接过程中,金属液体蒸发的反冲压力、表面张力、重力等驱动力共同作用于熔池,对焊缝成形有显著影响. 在扫描横焊的情况下,电子束作用范围的扫描摆动和重力方向的旋转使熔池的动力学行为变得更复杂. 采用试验和数值计算方法对电子束扫描横焊薄铌板的熔池形态和凝固后熔合区形貌进行研究,数值模拟得到的熔池形态和熔合区形状与试验结果吻合. 熔池流场分析结果表明,半熔透熔池的驱动力主要为液态金属蒸发引发的反冲压力;全熔透熔池的上表面Marangoni流动占主导,表面张力与反冲压力共同作为熔池流动的驱动力;重力与焊接扫描共同作用使得熔池两侧的质量分布和流场分布不对称,造成了焊缝两侧熔合线的不对称.     

电子束定点焊接304不锈钢熔池流动行为数值模拟

基于电子束焊接过程的传热与受力物理过程分析,建立相应模型,对电子束定点焊接304不锈钢的温度场与流场进行数值模拟,研究电子束焊接熔池流动行为及焊缝成形规律.结果表明,电子束加热阶段,熔池上表面温度梯度达到106 K/m,熔池表面峰值温度高,在沸点温度附近波动,强烈的金属蒸汽反作用力成为熔池流动的主要作用力,促使熔池中心下凹并不断波动,熔池冷却凝固阶段,金属蒸汽反作用力下降,熔池金属表面张力梯度引起的Marangoni对流成为熔池金属流动主要驱动力,促使焊缝表面熔宽增大,熔池凝固后焊缝上表面宽度为1.9 mm,中心处宽度为1.6 mm,下表面宽度为1.8 mm.     

钽薄板TIG点焊熔池的计算

为了研究钽薄板TIG焊过程中熔池的变化规律,采用高速摄像系统精确测定了钽TIG焊熔池动态尺寸的变化。针对钽薄板TIG焊接的特点．基于有限元分析软件ANSYS,对钽薄板TIG焊接的温度场进行三维数值动态模拟,并将计算量控制在可接受的范围内。建模时结合实体单元和表面单元,并采用焊缝处细密远离焊缝处粗略的不均匀网格;计算了主要工艺参数对熔池的影响及焊后焊缝区温度场变化规律。计算结果表明：熔池的尺寸随焊接时间和焊接电流的变化较为明显,焊后焊缝区降温速度随时间的延长而表现不同的趋势。     

Modeling of the Weld Shape Development During the Autogenous Welding Process by Coupling Welding Arc with Weld Pool

A numerical model of the welding arc is coupled to a model for the heat transfer and fluid flow in the weld pool of a SUS304 stainless steel during a moving GTA welding process. The described model avoids the use of the assumption of the empirical Gaussian boundary conditions, and at the same time, provides reliable boundary conditions to analyze the weld pool. Based on the two-dimensional axisymmetric numerical modeling of the argon arc, the heat flux to workpiece, the input current density, and the plasma drag stress are obtained. The arc temperature contours, the distributions of heat flux, and current density at the anode are in fair agreement with the reported experimental results. Numerical simulation and experimental studies to the weld pool development are carried out for a moving GTA welding on SUS304 stainless steel with different oxygen content from 30 to 220 ppm. The calculated result show that the oxygen can change the Marangoni convection from outward to inward direction on the liquid pool surface and make the wide shallow weld shape become narrow deep one. The calculated result for the weld shape and weld D/W ratio agrees well with the experimental one.     

电子束环焊2 mm高纯铌熔池行为的数值模拟

基于VOF算法建立了2 mm厚的高纯铌电子束环焊过程的三维数学模型,在模型中考虑了金属蒸气反冲压力、表面张力、重力等关键熔池驱动力,计算出了环形熔池的温度场和流场对熔池中关键位置进行分析,并总结了纯铌环焊熔池的特点。模拟结果表明,在纯铌环形结构未熔透时,由于母材对熔池的支撑作用,匙孔波动情况与平焊类似;在环形结构焊透后,在Marangoni效应和重力的作用下,熔池表面液态金属加速扩展。此外,数值模拟与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性。     

轧辊埋弧堆焊过程多场耦合数值模拟方法研究

埋弧堆焊是冶金行业轧辊修复的重要方法,目前多是对轧辊埋弧堆焊过程中温度场或应力场的单一场进行研究,而埋弧堆焊流场的研究极少。堆焊中的电磁力、温度梯度与熔池内流动密切相关,基于热-弹-塑性理论和流体动力学计算方法(CFD),建立轧辊堆焊过程热-弹-塑-流多场耦合模型,获取堆焊过程温度场、应力场和流场的演变规律,分析表面张力、电磁力、浮力对堆焊熔池流动状态及形貌的影响规律,同时对堆焊工艺进行材料学表征分析。研究成果对预测埋弧堆焊过程多物理场的变化规律、熔池流场演变机理和有效预防堆焊开裂具有一定的实践意义。     

背反射增效激光焊接熔池匙孔相变及流场分析

建立了背反射增效激光焊焊接熔池流动中气相区、液相区和固相区的统一模型，在模型中考虑了等离子体/蒸气云和小孔吸收机制，综合了表面张力、热浮力和重力的作用. 基于数值计算得到了熔池的三相匙孔相变以及流场，重点分析了表面张力对熔池流动和传热的影响. 此外，通过钛合金薄板的背反射增效激光焊接试验对模型进行了验证. 结果表明，匙孔引发等离子体/蒸气云与背面垫板诱发羽辉的耦合作用，是X形焊缝熔池形貌形成的主要原因；同时，表面张力是形成背反射增效激光焊接熔池内“椭圆回流环”的主要驱动力.     

基于旋转GAUSS曲面体热源模型的激光焊接热过程的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型.采用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了激光深熔焊接时的温度场分布规律和"钉头"状的熔池形状,数值模拟结果与实验结果基本吻合.     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。