高体积分数SiCp/2024Al基复合材料添加Ti-6Al-4V中间层激光焊接特性

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料由于大量增强相颗粒的存在,在熔化焊接过程中Al基体极易与SiC颗粒反应,生成Al4C3金属间化合物,严重降低焊缝的力学性能。以Ti-6Al-4V金属薄片作为中间层填充材料,采用氩气作为保护气体,对SiC体积分数为45%的SiCp/Al基复合材料进行激光焊接,分析SiCp/Al基复合材料的焊接特性。结果表明,填充钛合金材料进行CO2激光焊接时接头组织致密,结合较好,在焊缝组织中获得了以Ti3Al为基体、Ti5Si3和TiC等反应产物为增强相的焊缝组织,所获得的最高抗拉强度为母材的50%左右。     

激光焊接铝基复合材料钛的原位增强作用

本文采用激光焊接SiC_p/6063铝基复合材料,并利用Ti对焊缝进行原位增强。研究结果表明,焊缝和热影响区均较窄,焊缝中观察不到孔洞存在。对焊缝中心的微观组织分析表明,焊缝基体的晶粒非常细小,呈等轴结晶方式,焊缝组织非常致密,没有明显的微观气孔和裂纹。焊缝中已经观察不到SiC颗粒与基体在熔焊条件下发生反应生成的针状反应物Al_4C_3,而是尺寸更为细小的TiC颗粒,近似呈球形,在焊缝中分布比较均匀。整个焊接区域转变为母材是SiC颗粒增强的Al基复合材料,而焊缝主要是以TiC颗粒增强相以Ti为基体的局部区域。研究结果表明,用钛作为合金化元素通过使用原位焊缝合金化/脉冲激光焊接SiC_p/6063复合材料可以达到完全抑制在焊缝中心区形成Al_4C_3,焊缝接头强度由于快速固化的TiC等相而得到提高。     

镁/钛异种金属预置Al夹层光纤激光熔钎焊接特性

镁/钛异种金属既不反应也不互溶的特性制约着两者之间的冶金结合和可靠连接。为解决这一问题,通过中间预置铝(Al)箔对镁/钛实施激光搭接焊。调整焊接工艺参数获得较好的焊缝成形,并对界面元素扩散及连接机理进行研究。结果表明,Al中间夹层的添加能很好地改善镁/钛界面的润湿铺展,促进了界面的冶金反应。当添加的Al中间层厚度为50μm时,接头载荷是未添加的1.8倍,达到1010 N/cm。界面组织分析表明在激光直接辐照区形成了一定厚度的Al Ti3相,其余部位为Ti基化合物(α-Ti)。焊缝中第二相数量随着Al夹层厚度的增加而增多,当形成网状结构时造成焊缝变脆,降低接头拉剪载荷。     

镁合金/钛合金脉冲激光焊接头的组织、性能调控

采用脉冲激光偏移镁侧并添加铜中间层的方法对镁合金和钛合金进行激光对接焊接,研究了界面元素扩散和反应特点,分析了铜中间层厚度对接头组织和力学性能的影响及接头断裂的主要原因。结果表明:铜中间层的加入改善了焊缝/钛合金界面的组织,增大了界面附近Ti-Cu化合物的含量;随着铜中间层厚度增大,界面处Ti2Cu反应层的厚度逐渐增大并变得连续,且接头的断裂位置从界面反应层转变到焊缝区;当铜中间层的厚度达到30μm时,接头的抗拉强度达到了121 MPa。     

热输入对Ti6Al4V/Inconel 718激光诱导钎焊接头组织和力学性能的影响

采用激光诱导共晶反应钎焊技术对Ti6Al4V和Inconel 718异种金属进行焊接,研究了不同热输入下制备的接头的微观组织和力学性能。结果表明:当热输入为48 J/mm时,铌中间层过度熔化,未能有效阻隔Ti6Al4V和Inconel 718的混合,接头中有大量的Ti_xNi_y金属间化合物生成,导致接头直接开裂;当热输入降低到40 J/mm时,全厚度未熔化铌中间层的存在成功阻碍了熔池中Ti6Al4V和Inconel 718的混合,并形成两个连接界面,即(Ti,Nb)熔化区界面和Nb/Inconel 718共晶反应钎焊界面,接头中未形成Ti_xNi_y金属间化合物且接头的抗拉强度达到了205 MPa;随着热输入进一步降低到34 J/mm时,低的Nb/Inconel 718界面温度导致共晶反应钎焊不能充分进行,形成了明显的未熔合缺陷,接头的抗拉强度仅为103 MPa。     

碳纤维增强热塑性复合材料/铝合金激光搅拌焊接实验及仿真研究

为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。     

脉冲激光在SiCw/6061A1铝基复合材料焊接中的应用

采用脉冲激光进行诱导焊接SiCw／6061A1铝基复合材料,研究了激光功率、脉冲频率、表面处理状态等工艺参数对接头强度的影响。结果表明：激光功率是影响焊缝质量的主要因素,通过控制激光束输出功率可以有效抑制熔池中SiC晶须与基体铝合金的界面反应,成功地实现SiCw／6061A1铝基复合材料的连接。     

钛合金激光点焊-胶接复合接头组织性能研究

利用带有预气化脉冲的激光束,对Ti6Al4V钛合金进行激光点焊胶接复合连接实验,分析了胶层分解后产生的残余碳对激光点焊胶接复合接头内组织和性能产生的影响。研究结果表明,胶层分解后产生的残余碳会使钛合金的激光点焊胶接复合接头中出现大量的TiC,并且在焊点与胶层接触的界面处生成以TiC为主的界面反应区。对钛合金激光点焊胶接复合接头内部组织产生影响的残余碳主要是在预气化脉冲过程中分解所产生的,而形成界面反应区的残余碳则主要来源于后续的胶层回流现象。TiC的出现提高了钛金点焊胶接复合接头的显微硬度,但是不利于提高钛合金点焊焊接复合接头的承载能力。     

Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接的影响

为了研究激光焊接镁/铝异种金属的工艺方法,采用4kW光纤激光器对AZ31B镁合金和5083铝合金进行了添加Zn中间层的焊接试验,得出了Zn中间层对镁/铝异种金属激光焊接接头的影响机理。结果表明,焊接接头组织较为均匀,热影响区不明显;镁侧熔合区及焊缝中心部位以α-Mg和α-Mg+Mg₁₇Al₁₂共晶组织为主,底部为Al固溶体及Mg/Al,Mg/Zn间化合物组成的混合组织;随着Zn中间层厚度的增加,焊缝底部生成的Mg/Zn化合物数量增多,Mg/Al间化合物数量明显减少,且连续分布的状态得到改善,剪切断裂由解理向混合断裂方式过渡;当中间层厚度为0.1mm时,拉剪强度达到最大值25.47MPa。该研究对提升镁/铝异种金属焊接接头的强度是有帮助的。     

5052铝/镀锌钢Nd:YAG激光熔-钎焊

利用Nd∶YAG激光器实现了5052铝/镀锌钢异种金属板材之间的熔-钎焊连接,并对焊缝成形、接头性能及微观形貌做了分析。分析结果表明,合适的热输入能够有效实现5052铝/镀锌钢异种金属之间的熔-钎焊连接,焊接接头中铝合金母材发生熔化与镀锌钢形成钎焊连接,镀锌钢母材并未发生熔化;焊接接头的抗拉强度为128 N/mm;微观形貌分析表明,在焊缝钎接界面处生成了一层薄金属间化合物层,金属间化合物层的厚度为3～4μm。     

激光引燃自蔓延合成Al-Ti-C中间合金差示扫描量热法分析

利用元素间强烈的放热反应，采用激光引燃自蔓延Al-Ti-C合金合成铝合金晶粒细化中间合金。结果显示,所合成Al-50(TiC)中间合金内部作为异质核心的形核粒子TiC呈颗粒状，平均尺寸小于1 μm，粒子弥散分布，TiAl3呈长条状，中间合金加入铝熔体内，形核粒子较容易弥散开来。保温90 min未出现聚集成团现象，具有良好抗衰退能力。在所述实验条件下可使工业纯铝平均晶粒尺寸细化为150 μm以下，差示扫描量热法(DSC)热分析曲线出现一个尖锐的吸热峰和一个浑圆的放热峰。同时分析了激光引燃自蔓延合成的过程。     

Al/Ni薄膜自蔓延反应连接温度场模拟及分析

自蔓延反应能在极短时间内产生足够集中的热量熔化钎料实现材料的连接,具有连接效率高、对连接母材热影响小等特点,从而在材料连接和电子封装领域有着广泛的应用前景。针对Cu/Cu和Cu/Si两种互连结构,建立Ai/Ni薄膜自蔓延反应的连接温度场有限元模型,分析不同钎料厚度、预热条件等参数以及不同连接材料对自蔓延反应连接温度场的影响规律。     

铝钛异种合金的激光熔钎焊

提出了一种连接Al/Ti异种合金的新工艺，即采用激光为热源，AlSi12为填充材料，实现了Ti-6Al-4V钛合金和LF6铝合金的激光熔钎焊连接。激光熔钎焊是一种局部加热焊接过程，通过调整激光加热参数，控制填充材料的润湿铺展及界面金属间化合物的形态和数量，从而控制接头质量。在实验过程中，填充焊丝实时送入，通过改变激光功率、间隙大小、光斑尺寸、焊接速度、送丝速度、激光辐照位置等工艺参数，以获得对接头的不同加热效果。研究了不同参数下的钎缝成形规律、接头界面特点及接头拉伸强度。结果表明，采用激光熔钎焊工艺连接Al/Ti异种合金可以获得成形良好、强度较高的接头，但焊接过程对工艺参数要求严格;接头厚度方向不同位置的界面金属间化合物的厚度和形态各不相同;热输入较低情况下，钎料与钛合金材料作用不充分，接头易从界面处断裂;热输入较高时，接头容易从铝合金侧熔合区附近断裂。     

激光熔覆Ti／C混合粉末的工艺研究

选用Ti/C混合粉末为熔覆材料,脉冲YAG激光作为辐照源,对钛合金表面进行了激光熔覆实验.研究了激光工艺参数(包括脉冲频率、脉冲宽度、扫描速度等)对熔覆层物相的影响.选取合适的工艺参数,改变Ti/C的成分配比,探寻生成TiC的最佳工艺组合和熔覆材料的成分配比.对熔覆样品采用XRD方法进行了物相分析.结果表明,能生成TiC的最佳工艺组合为脉冲宽度为3.0ms,脉冲频率15Hz,扫描速度为1mm/s左右,搭接率为40%左右.在此工艺下,Ti:C的最佳比例为7:3(质量比).在上述条件下,可在钛合金表面原位生成以TiC陶瓷为主的增强相.     

SiCp/6061Al金属基复合材料焊缝“原位”

以Ti作为合金化元素对SiCp/6061Al金属基复合材料(SiCp/6061AlMMC)进行焊缝“原位”合金化激光焊接。研究了焊缝“原位”合金化元素Ti添加量对焊缝显微组织的影响。结果表明,采用焊缝“原位”合金化方法激光焊接SiCp/6061AlMMC,可以有效抑制焊缝中针状脆性相Al4C3的形成,并获得以均匀分布TiC,Ti5Si3等为增强相的新型金属基复合材料焊缝,焊缝“原位”合金化激光焊接是焊接SiCp/Al复合材料的一种新方法。     

铝-钢异种金属激光熔钎焊工艺研究

为了实现高强度铝-钢钎焊接头，以车用08Al钢和铝合金为试验对象，以填粉方式选用纯铝粉末作为钎料，进行了异种金属激光熔钎焊接试验研究。综合能量散射光谱能谱分析和X射线荧光衍射物相分析，接头界面处的金属间化合物主要有FeAl，Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃。研究了添加钎剂对接头整体成形及激光偏移量对接头形貌和力学性能的影响。结果表明，钎剂的添加改善了接头成形缺陷，提高了焊趾区的润湿性；当激光偏移量为0.8mm~1.6mm时，形成了有效的熔焊接头，且随着激光偏移量的增加，接头润湿角由35°增加到54°，反应层的金属间化合物厚度逐渐减小，抗拉性能呈先提高后降低的趋势；在激光偏移量为0.8mm时，接头润湿角为38°，反应层金属间化合物厚度8μm，平均机械抗力达到210N/mm，具有较高的工程应用价值；焊缝润湿角、连接宽度和反应层金属间化合物厚度共同决定了接头的机械抗力水平。该研究对于保证车身激光焊接质量提供了技术支持和重要的指导意义。