铝/钢异种材料搅拌摩擦焊研究进展

由于铝、钢的物理化学性质存在巨大差异,铝/钢的连接是焊接领域的难点问题。搅拌摩擦焊是低热输入的固态连接方法,能够有效控制铝/钢金属间化合物的生长,且搅拌针强烈的搅拌作用可增加铝/钢异种材料机械咬合程度,得到高质量的铝/钢焊接接头,铝/钢搅拌摩擦焊已经成为了焊接领域的热点问题。文中综述了铝/钢搅拌摩擦焊国内外研究现状,涉及到接头形式、焊缝成形、焊接工艺和力学性能,着重介绍了铝/钢搅拌摩擦焊接头的连接机制,并围绕铝/钢搅拌摩擦焊存在的两大问题,对铝/钢搅拌摩擦焊新技术进行总结,并进一步提出了铝/钢搅拌摩擦焊的基础研究方向。     

铝-铝-钢与铝-钛-钢复合板疲劳性能对比研究

针对船体结构对铝-钢复合板的选材与节点设计需求,对铝-铝-钢与铝-钛-钢复合板开展了轴向拉-压疲劳试验,测试了材料的条件疲劳强度与S-N曲线,对比分析了两种铝-钢复合板的疲劳断裂行为与断裂位置。结果表明,在应力比为-1,轴向拉-压载荷条件下,铝-铝-钢复合板的条件疲劳强度为28.8 MPa,铝-钛-钢复合板的条件疲劳强度为55.0 MPa。在疲劳寿命接近的条件下,后者比前者能够承受更大的应力,抵抗疲劳扩展能力更强。铝-铝-钢复合板疲劳断裂主要发生于1060纯铝层,铝-钛-钢复合板疲劳断裂发生于3003铝合金层,疲劳断裂位置与铝-钢接头组成材料的抗拉强度大小密切相关。      

铝钢金属间化合物生长及其抑制机理的研究现状

铝钢复合材料兼具钢良好的力学性能和铝的耐腐蚀、高导热性、密度低等特点,可以满足许多特殊使用要求。铝钢界面若生成金属间化合物,会破坏铝钢基体间的冶金结合,严重影响材料的使用性能。因此,抑制铝钢界面金属间化合物的生长是开发铝钢复合材料的关键。对铝钢金属间化合物的生长及其抑制机理进行了较为系统的综述,介绍了铝钢界面常见的金属间化合物生成相的种类、晶体结构,从热力学与动力学角度对金属间化合物的生成机理及形成顺序进行了阐述。此外,对比总结了不同合金元素对铝钢金属间化合物形成的影响规律,着重分析了Si元素对铝钢金属间化合物生长的抑制机理。     

铝/钢爆炸复合界面的显微分析

通过金相显微镜与电子探针对铝/钢复合板的界面进行了显微分析.结果表明,铝、钢爆炸复合过程中不易形成波状界面,复合界面呈平直状,界面处金属发生了冶金反应;爆炸焊接过程中,铝/钢复合界面处的基体金属发生了熔化,界面处的晶粒发生了严重的塑性变形,并且在铝/钢直接结合的界面两侧存在着距离约为5μm的扩散.分析认为爆炸焊接的工艺特点及铝、钢的物理性质决定了铝/钢界面的显微特点.并据此探讨了影响铝/钢复合强度的因素.     

国内船用铝-钢爆炸复合过渡接头应用现状及展望

铝-钢爆炸复合过渡接头在船体设计建造中的应用日趋广泛,以常用的铝-铝-钢、铝-钛-钢两种材料组合为主要对象,对爆炸复合技术进行扼要介绍,分析过渡接头的基本性能特点,论述我国铝-钢过渡接头的材料体系、标准体系和焊接工艺方面的研究进展,分析铝-钢爆炸复合过渡接头在应用中存在的典型问题,指出应进一步完善现有铝-钢爆炸复合过渡接头的性能验证、焊接工艺、腐蚀防护等方面的要求,确保材料应用的安全可靠。     

金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响

针对在铝/钢焊接过程中,钢的表面金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头性能有着重要影响的问题,研究铝合金在不同金属镀层的低碳钢表面的铺展效果,通过SEM对不同金属镀层下熔钎焊接头界面微观组织形态、金属间化合物厚度、种类等进行分析,并进一步研究不同金属镀层下铝/钢接头的力学性能及断口形貌。结果表明:钢表面的金属镀层对铝/钢激光熔钎焊过程中5A06铝合金在钢上的铺展与浸润有着较大的影响,其中5A06铝合金在镀铝钢上的铺展效果最佳,且铝合金与镀铝锌钢熔钎焊的接头抗拉性能最好,达到母材铝合金的70%。铝/钢界面金属间化合物主要由铝铁金属间化合物组成,其中在镀铝钢、镀铝锌钢、镀锌钢中主要存在Fe2Al5,FeAl3,FeAl等金属间化合物,在镀镍钢界面中还存在Fe4Al13等金属间化合物。     

大规格铝合金-纯铝-钢爆炸复合板制备及性能研究

通过爆炸工艺制备出大规格船用铝合金-纯铝-钢(5083/1060/CCSB)爆炸焊接复合板,并对其结合质量、力学性能及界面形态进行了研究。结果表明,复合板的结合质量良好;铝/钢界面的剪切强度达到75 MPa以上,其它力学性能也均达到了CCS《材料与焊接规范》2012及《铝-铝-钢过渡接头标准》(Q/725—1100—2001)的要求;界面形态的分析表明,铝/钢界面呈近似于直线状结合,铝/铝界面呈波状结合。     

铝/钢搅拌摩擦辅助铆接接头界面特性研究

目的探究搅拌摩擦辅助铆接铝/钢接头界面的结合特征,解决传统铆接力学性能较低的问题。方法采用搅拌摩擦焊技术实现了对3mm厚不锈钢板和4mm厚的铝合金板的搭接点焊,采用OM及SEM对铝/钢接头界面结合情况进行分析,并利用EDS对界面处元素分布进行分析。结果搅拌头转速1180 r/min、焊接时间120 s、下压量0.2 mm时,铝/钢接头界面结合较好,平均拉剪力达到6519 N,且在铝/钢界面处产生FeAl金属间化合物。受摩擦热作用的影响,位于下板的铝母材晶粒发生长大变粗,铝铆钉与铝板结合紧密,铝铆钉与铝板的结合情况受搅拌头压力的影响更为显著。结论搅拌摩擦辅助铆接铝/钢异种合金,实现了铆钉与铝板和钢板的有效冶金结合,在铝钢结合界面处存在原子的互扩散现象,且有相应的金属间化合物生成。     

钢-泡沫铝-钢层合结构矿用溜槽减振降噪优化及其性能分析

针对矿用溜槽的振动及噪声剧烈、使用寿命低等问题,设计一种钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽。采用参数优化理论,结合 ANSYS Workbench 软件对其结构参数进行优化设计。分析了优化后的钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽的抗冲击性能、谐响应性能及声学性能。结果表明：钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽不仅质量降低 11.4%,而且最大冲击应力降低 15%、最大谐响应振幅降低 90% 以上,同时溜槽的降噪性能也得到显著提升。证明了钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽不仅能够减轻溜槽的质量而且具有优越的抗冲击和减振降噪性能。     

钢-铝激光焊接的关键技术与未来趋势展望

汽车车身多材料结构要求两种不同类型的材料进行连接(如钢-铝、铸铁-铝、铝-镁等).激光焊热量集中,热源能准确控制,应力应变小,与其他焊接方法相比,更适合于钢、铝异种材料的焊接.在分析钢-铝焊接难点的基础上,总结了当前钢-铝激光焊接中常见的焊接缺陷、接头连接形式、表面处理及填加焊料,着重概括了激光焊接工艺参数对焊缝质量的影响,指出钢-铝激光焊接技术未来的发展趋势是设计与开发柔性化夹具,加强钢-铝激光焊接工艺参数优化、焊接缺陷控制、合金元素填料筛选、FeAl脆性金属间化合物与延塑性较好金属间化合物的形成条件、Fe/Al界面结合机理等方面的基础研究,期望为激光焊接多材料车身结构提供重要的技术参考.     

Fortschritte beim Rührreibschweißen von Aluminium,Magnesium und Stahl

Progresses on the friction stir welding of aluminium, magnesium and steel Friction Stir Welding (FSW) represents an innovative welding process for joining light metal, especially, aluminium and its alloys. Friction Stir Welding offers an attractive alternative to conventional fusion welding processes because of the excellent properties (particularly ductility), reproducibility, robustness, and surface finish obtained with the process. Within the scope of this work the Friction Stir Welding‐Process with its possible joint configurations is explained. The focus of this work concentrates on weldability studies concerning cladded aluminium alloys, aluminium cast alloys, aluminium tailored welded blanks both from similar and dissimilar joints produced in aluminium, magnesium and steel. The mechanical properties of the welded samples will be discussed.     

Ultrasonic spot welding of aluminium to steel for automotive applications—microstructure and optimisation

Energy efficient methods for joining aluminium to steel have potential for major applications in the automobile industry. Results are reported where 1 mm gauge 6111 aluminium and DC04 steel automotive sheet have been successfully joined using the novel process of high power ultrasonic spot welding. The microstructure and performance of the joints were examined, as a function of the welding conditions. A maximum failure load of 2·8 kN was obtained in lap shear tests, compared with 2·9 kN for comparable AI-AI joints. The failure mode changed from interfacial debonding to nugget pullout and back to interfacial failure as the weld energy increased. A thin <2 μm reaction layer of FeAI₃ and Fe₂Al₅ formed at the interface with increasing weld energy. The factors determining the joint characteristics, interface reaction, and the microstructure evolution in the welds are discussed.     

钛/钢多层爆炸焊接界面的实验研究

为探究膨化硝铵炸药作用下,厚度均为2 mm的钛(Ti)、钢板的最优爆炸焊接参数以及验证一种新的爆炸焊接试验方案,实验采取阶梯型多层基板的爆炸焊接试验方案,以控制药量和间距为变量,并将Ti板作为复板,同时对多层阶梯型钢基板进行爆炸焊接试验;利用金相显微镜对焊接复合板进行观察,并分析多层基板同时焊接的方案可行性以及不同实验参数对界面波形的影响。试验结果和分析表明:通过观察Ti/钢复合板界面波形呈正弦微波状且无明显过渡层,验证了新方案的可行性,同时突出了阶梯型多层基板的同时爆炸焊接方案,能够在单次试验下对比分析不同基复板间距情况下的焊接效果的能力;并经分析得出在单位面积装药为1.048 g/cm~2及装药间距范围为(9~11)mm时,能得到质量较佳的Ti/钢爆炸复合板。     

钛/钢双立式爆炸焊接参数优化

为解决大面积钛/钢爆炸焊接窗口窄,在结合区易出现"过熔"和"射流堆积"等微观缺陷的问题,开展了双立爆炸+轧制综合制造技术,进行了低爆速爆炸焊接用炸药试验优化,发明了一种最低临界爆速爆炸焊接用炸药,设计确定了刚性防护板和柔性防护墙构成的双立综合防护结构及参数,研究了钛/钢爆炸焊接装药厚度窗口.结果表明,双立钛/钢复合板结合界面成波状结合,几乎不存在金属熔化、漩涡等微观缺陷.     

厚铝合金-薄不锈钢复合板爆炸焊接工艺研究

研究了6061铝合金(厚度为28 mm)-304L薄不锈钢(厚度为4 mm)复合板的爆炸焊接工艺。结果表明,以薄不锈钢为基层,纯铝为过渡层,分别以12 mm和16 mm厚的铝合金为复层进行3次爆炸焊接,可得到性能合格的厚铝合金-薄不锈钢复合板。     

Entwicklung hochverschleißbeständiger wolframschmelzkarbidbasierter Schichten auf Aluminiumbauteilen durch Plasma‐Pulver‐Auftragschweißen

Development of high wear‐resistant FTC‐based coatings on aluminium components using plasma transferred arc welding Nowadays, functional surfaces of components can be effectively protected from extreme wear with the help of fused tungsten carbide (FTC) coatings. The wear protection of steel components using FTC has been well known for many years. This paper presents the feasible study of improving the wear resistance of aluminium components with FTC particles using plasma powder arc welding. The FTC coatings are developed with two methods: one is the dispersion of carbide particles in aluminium and the other one is the combination of dispersing and alloying of FTC‐based composite powders. In this research, coatings within a thickness range of a few millimeters are developed with varying process parameters and compositions of the filler materials. The developed coating systems are tested with regard to their specific properties and their wear resistance. Finally, their application potential is presented.     

钛-钢板爆炸焊接的影响因素及炸药配方

爆炸复合用炸药是影响爆炸焊接效果的最主要因素,不同的材料和工艺参数对炸药的爆速、比冲量和能量有不同的影响,其中炸药的密度直接影响复板斜碰撞基板的速度和角度。选用低合金高强度结构钢Q345B和工业纯钛TA2为实验材料,通过理论计算与实验研究,得到了一种较为适合钛-钢板爆炸焊接用的炸药配方,并对钛-钢爆炸焊接影响因素进行了探讨。     

The effect of mechanical loading on the contact resistance of coated aluminium

Measurements of contact resistance, related to resistance spot welding, were made using pre-treated (coated) and abraded aluminium alloy strip. With conventional domed electrodes, the contact resistance was much larger at the sheet-to-sheet (faying) contact than at the electrode-sheet contact. The effect is believed to be associated with the role of sliding in breaking down contact resistance of sheet with an insulating surface film. When the coating was removed the difference between faying surface and electrode-sheet contact was much smaller. Macroscopic shear stresses are developed by electrode-sheet contact whereas no shear stresses are present at the faying surface. The hypothesis is supported by experiments made with asymmetrical electrode pairs which give rise to varying shear stresses in faying surface contact. Some implications for the control of spot welding of different aluminium surfaces are discussed.     

铜钢爆炸焊接动态参数的研究

研究爆炸焊接动态参数对复合质量至关重要。本文对铜复板的动态弯折角、碰撞速度等动态参数进行了研究 ,得到了铜复板飞行姿态、超声速复合中临界碰撞角和铜复板飞行速度上限 ,对试验与生产有一定的实用价值。     

爆炸焊接法生产铜/钢油膜轴承衬板

介绍了用爆炸焊接法生产铜/钢油膜轴承衬板时爆炸工艺参数的确定原则,提出了小面积复合板合并焊接、涂黄油保护复板及将起爆点设置在后续加工切除点的爆炸焊接方法.其技术可供类似爆炸焊接工程参考和借鉴.