焊接接头的强度

利用低温破断方法对不锈钢焊接接头蠕变断口形貌的分析，Fe3Al与Q235钢异种材料扩散焊的界面剪切强度，薄壁6061铝合金TIG焊接结构强度研究，铝-锂合金焊接接头金属的强度和韧性。[编者按]     

CuNi复合中间层对Mg/Al扩散焊接接头组织及力学性能的影响

采用真空扩散焊接的方法获得了Mg/CuNi/Al扩散焊接接头。采用万能试验机测试焊接接头剪切强度,通过SEM,EPMA,XRD对焊接接头的显微结构和物相组成进行了分析。结果表明,Mg/CuNi/Al扩散焊接接头剪切强度随焊接温度和保温时间的增加先增加后减小,焊接温度440℃,保温时间90 min时,接头剪切强度最大值达到22.4 MPa。焊接接头主要由Al3Mg2致密组织层、Al12Mg17针状组织层、Al12Mg17和α-Mg网状组织层组成,Cu、Ni富集于网状组织层中。Mg/CuNi/Al扩散焊接接头断口主要由Al3Mg2、Al12Mg17、AlCu3、Al2Cu和Al7Cu23Ni化合物组成,断裂方式以脆性断裂为主。     

保温时间对钎焊Al_2O_3/碳钢界面结构及结合强度的影响

用Cu-Ti活性钎料对Al2O3陶瓷/碳钢实施钎焊,用透射电镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对界面微观结构进行表征,研究了钎焊温度1050℃、不同保温时间(10~40 min)对接头界面微观结构和剪切强度的影响。结果表明,保温30 min得到的钎焊接头具有较好的界面组织形态和较高的剪切强度。在此工艺条件下界面结合区有3层组成,即近陶瓷侧以Ti4Fe2O为主的反应层,近钢侧以Ti Fe2为主要析出相的扩散层,在反应层和扩散层之间为Cu固溶体+Ti4Fe2O相,各层组织比较致密,微孔缺陷较少,接头剪切强度达到99 MPa。     

Q345/Al_2O_3陶瓷扩散接头的组织与性能

采用铜粉(75wt%)+钛粉(25wt%)做中间层对Q345钢与Al_2O_3陶瓷进行了扩散连接,用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对接头界面和剪切断口进行了微观表征,并用电子万能试验机测试了接头的剪切强度。结果表明:Q345/Al_2O_3接头界面成形良好,连接可靠;在加热温度1000℃、保温时间30 min、压力45 k Pa参数下,接头存在明显的Q345侧反应层、Cu-Ti中间层、Al_2O_3侧反应层,物相主要为Ti Al3、Ti O_2、Cu_2Ti_4O、Ti_2Cu_3、Cu O、Ti Fe_2、Ti Mn5和Fe基固溶体。剪切试验显示,随着温度的增加剪切强度先增加后降低,加热温度为1000℃时,剪切强度达到最大(70.6 MPa),剪切断口形貌为脆性断裂,断裂位置主要发生在近陶瓷侧。     

中间层Zn对Mg-Al异种金属焊接的影响

对镁铝异种金属进行扩散焊接,分别研究了直接焊接和加Zn中间层焊接。通过SEM、EDS、XRD和万能试验机对焊接接头进行结构和性能表征。结果表明,Mg-Al直接焊接时主要生成了Al3Mg2和Al12Mg17金属间化合物相,接头剪切强度随保温时间增加先增加后减小,焊接温度440℃、保温时间100 min时,Mg-Al焊接接头剪切强度达到26.1 MPa。Mg-Zn-Al焊接接头避免了Mg-Al系金属间化合物的生成,界面主要由Mg-Zn共晶层、MgZn化合物层和Al-Zn固溶层组成,接头剪切强度达到38.5 MPa。     

Ti／Al扩散焊的接头组织结构及其形成规律

以TA2和L4为焊接材料进行扩散焊，结合剪切断口形貌，XRD分析，SEM分析和接头强度测试，研究了Ti／Al扩散焊的接头形成规律。结果表明，接头形成过程包括互扩散形成冶金结合、冶金结合区生成新相、新相颗粒长大连接成片层、新相片层按照抛物线规律生长4个阶段。TiAl3是扩散反应的初生相，且在较长时间内是唯一生成相。它的生成具有一定延迟时间tD，tD受温度影响很大。接头强度取决于扩散区中冶金结合的程度及界面结构，在TiAl3新相连接成片层之后，接头强度达到甚至超过L4型Al母材。接头剪切断裂发生在界面扩散区的Al侧或Al母材内部。     

Cu作中间层的汽车用铝合金/钢焊接研究

采用Cu中间层对铝合金和不锈钢进行真空扩散焊接。采用万能试验机和显微硬度计测试焊接接头力学性能,采用SEM、EDS对焊接接头的显微结构和元素分布进行了分析。结果表明,铝合金/Cu/不锈钢焊接接头剪切强度随保温时间的增加先增加后减小,保温时间为60 min时剪切强度达到最大值60.2 MPa。其焊缝由靠近铝侧反应层和靠近钢侧反应层组成,焊缝处显微硬度高于两侧基体。     

93W/Ni/Mo1接头的等离子活化扩散焊接研究

利用等离子活化技术对93W/Ni/Mo1进行真空扩散焊接,用剪切强度和显微硬度表征焊接接头的力学性能,对焊接界面和接头断口物相及微观结构进行表征分析。结果表明,焊接温度低于800℃时,焊接界面有孔洞,焊接温度高于800℃时,焊接界面良好。焊接接头的剪切强度随着焊接温度的升高先升高后降低,在焊接温度为800℃时接头强度最大为100.2 MPa。焊接温度低于800℃时,焊接界面发生扩散形成固溶体;焊接温度高于800℃时,Ni/Mo1界面生成MoNi高硬度金属间化合物,降低焊接接头结合强度。93W/Ni/Mo1焊接接头的断裂破坏主要发生在Ni/Mo1扩散界面。     

Fe3Al/18-8异种材料的真空扩散焊接

研究了扩散焊接工艺参数对Fe3Al／18—8扩散界面结合状态、接头组织结构和剪切强度的影响。采用扫描电镜(SEM)分析了不同焊接工艺参数下Fe3Al／18—8扩散焊接头的显微组织特征。结果表明,控制加热温度1040℃,保温60min,焊接压力15MPa时,可以获得组织均匀、强度较高的Fe3Al／18—8扩散焊接头。     

汽车用镁/钢异种金属焊接接头的组织与性能研究

以Ni箔为中间层材料,对汽车用AZ31合金和304不锈钢进行了扩散焊接处理,研究了不同焊接温度和焊接保温时间下的焊接接头的显微组织和物相组成变化,并对不同保温时间下的焊接接头扩散层显微硬度和剪切强度进行了分析。结果表明,AZ31/Ni/304焊接头界面可分为靠近304不锈钢扩散层、共晶层、白色块状化合物层和AZ31合金基体渗透层;随着焊接温度的逐渐升高,扩散层的整体厚度呈现逐渐减小的趋势;随着焊接保温时间的延长,焊接扩散层厚度先增加而后降低;在整个焊接接头界面中,白色块状Mg-Ni-Al三元金属间化合物层的显微硬度最高,且当保温时间为20 min时取得最大值269 HV;AZ31/Ni/304焊接头的剪切强度随着保温时间的延长呈先增加而后降低的趋势,在保温时间为20 min时取得剪切强度最大值。     

Al/Fe异种金属钎焊接头组织与力学性能研究

采用Al-7Si-20Cu钎料在真空钎焊条件下(不添加钎剂)对1060铝合金与Q235钢(镀Ni与不镀Ni)进行钎焊试验,研究了钎焊接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,570℃钎焊5 min时,Fe表面不镀Ni时,Fe侧界面处生成厚度较大的Fe_2A_(l5)和FeAl_3脆性化合物,接头抗剪切强度仅为40 MPa。当Fe表面镀Ni后,Ni层的存在抑制了脆性Fe-Al化合物的形成,Fe侧界面生成Ni_2Al_3和NiAl_3化合物层,接头的剪切强度显著提高。延长钎焊时间,Ni_2Al_3层变薄,Ni Al3层增厚,接头剪切强度提高。当钎焊时间继续增加,Ni层消失,再次生成Fe-Al化合物,接头剪切强度降低。     

3003铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接触反应钎焊接头组织和性能

采用接触反应钎焊技术在不锈钢表面分别镀镍和铜,添加Mg粉作为中间反应层进行接触反应钎焊,对3003铝合金和不锈钢之间的连接进行工艺探索试验。使用万能力学试验机测试焊接接头的力学性能,采用扫描电子显微镜观察接头的显微组织和元素分布,分析连接界面形貌、物相组成以及焊缝的连接机理。在钎焊温度560℃、焊接压力0.1 MPa、保温时间15 min的条件下进行接触反应钎焊实现两者的有效连接,接头最大剪切强度23.1 MPa,平均剪切强度21.6 MPa,钎料区Al原子扩散明显,并形成Al-Mg、Al-Cu、Al-Fe系等多种金属间化合物。     

双相钢/铝合金激光搭接焊添加Mn粉的作用

通过双相钢/铝合金有无添加Mn粉激光焊接的对比,揭示钢上、铝下激光搭接焊时Mn粉的作用。对焊接过程进行金属蒸气/等离子体形貌分析及光谱采集,发现添加Mn粉激光焊接时,金属蒸气/等离子体颜色明亮,光谱相对强度和金属蒸气/等离子体的电子密度增加;焊缝EDS分析发现,添加Mn粉时,熔池内部Fe、Al混合宽度减小,铝侧熔池两侧的Al含量增多;剪切试验发现,添加Mn粉焊接接头的平均抗剪强度提高,断口呈现混合断裂特征。由于添加Mn粉加快钢/铝层间热量传递,受热分解产生的金属蒸气在排出过程中,产生强烈向下的反冲作用力,使下层铝合金板材中的焊接匙孔加深,同时,金属蒸气改善下层铝合金的高反射率状况,促进铝合金吸收激光能量,导致焊接熔深增加。此外,熔池流动行为发生改变,下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,熔融态Al向熔宽两侧迁移,在减弱熔池内部Fe、Al混合程度、降低钢/铝界面Fe-Al化合物层厚度的同时,上、下板结合处的焊接熔宽加大,因此添加Mn粉改善钢/铝焊接接头的力学性能。     

含Cu的复合钎剂对铝/钢熔钎焊接头组织性能的影响

采用双熔池TIG熔钎焊方法,对不锈钢与铝合金焊接接头进行了试验制备,研究了Nocolok复合钎剂中添加Cu时,熔钎焊接头界面组织及力学性能的变化。研究发现,采用含Cu的复合钎剂,熔钎焊层致密性提高,与基体界面结合良好,熔钎焊层的组织形态得到改善;熔钎焊层所形成的金属间化合物中,靠近不锈钢侧由原来的Fe_2Al_5相转变为含Cu的α-Fe相,在铝合金侧则由原来的絮状FeAl_3~+Al共晶相转变为锯齿状的Fe_4Al_(13)相,该结构相中的部分Fe原子被Cu原子取代,形成(Fe,Cu)_4Al_(13)。力学性能测试表明,随着复合钎剂中Cu含量增加,熔钎焊接头的剪切强度先增后降;与纯复合钎剂相比,接头剪切强度明显提高,以Cu含量为15wt%时熔钎焊接头的强度最高。     

金刚石/铜复合材料的SPS扩散连接界面组织及力学性能

对金刚石/铜复合材料进行SPS扩散连接试验,并对其连接接头进行了界面扩散分析和剪切性能测试,研究了SPS扩散连接工艺参数对连接界面组织和力学性能的影响。结果表明,随着连接温度升高和保温时间增加,金刚石/铜连接接头扩散界面区域的孔洞和空隙等缺陷减少,元素扩散充分,W逐渐向Cu方向扩散,与母材相比,连接界面W2C相和W相减少。随着扩散连接品质提升,热导率随之增加,焊接接头的最大剪切力和剪切强度增大,剪切断面形貌逐渐产生大量解理面和断裂台阶,并伴有少量撕裂棱,断裂机制由脆性过渡到半解理韧性断裂。扩散温度为750℃,保温时间为90 min时,连接界面整体扩散结合品质较高,剪切强度达到48.83 MPa,热导率为347.73 W/（m·K）。     

汽车用铝合金扩散焊接工艺与性能研究

采用真空扩散焊方法焊接铝合金。采用万能试验机测试扩散焊接接头剪切强度,采用光学显微镜对焊接接头的显微组织进行了分析,并计算了晶粒尺寸大小。结果表明,焊接接头剪切强度随焊接温度增加先增加后减小,最大值达到156 MPa。焊接温度较低时,焊接接头界面存在缝隙,随着焊接温度升高,缝隙消失,界面结合良好。界面晶粒尺寸随焊接温度增加呈增大的趋势。     

5005铝合金与1Cr18Ni9Ti的真空钎焊分析

采用Al-Si-Mg钎料成功实现了5005铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的真空钎焊,借助扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对焊后接头界面组织进行分析,同时对接头抗剪强度进行测试.结果表明,焊后接头界面结构从1Cr18Ni9Ti不锈钢侧到5005铝合金侧的界面组织依次为FeAl,FeAl₃,Fe_mAl_n+αAl.随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,接头抗剪强度均呈现先升高后降低的变化趋势.当钎焊温度为580℃,保温时间为15 min时,接头抗剪强度达到最大值49 MPa.接头断裂形式受钎焊温度的影响,当钎焊温度较低时,接头断裂于铝合金侧氧化膜层及Fe_mAl_n+αAl反应层;温度升高至580℃时,接头断裂于Fe_mAl_n+αAl反应层中,接头抗剪强度最高.     

搅拌针长度对搅拌摩擦搭接焊铝合金/钢异种材料接头组织性能的影响

通过搅拌摩擦搭接焊接6061铝合金/QP980钢异种材料,讨论了搅拌针长度（1.5和2.1 mm）对焊接接头组织和性能的影响。结果表明,6061铝合金/QP980钢搅拌摩擦搭接焊接头分为3层结构：上层为铝合金层,中间层为Fe、Al及金属间化合物混合层状结构,下层为钢层。其中,当搅拌针长2.1 mm时,铝合金层含有散落的钢碎片。在中间层检测到2种金属间化合物,靠近Al的深灰色层为Fe₄Al₁₃相,靠近钢的是Fe₂Al₅相。随着搅拌针长度的增加,接头的失效载荷从4 kN降低到3 kN。短探针焊接的接头在接合界面处断裂,而长探针焊接的接头在铝和钢的混合区断裂。孔洞缺陷和钢碎片是导致断裂位置发生变化的主要原因。此外,嵌入铝基体中的铁屑在变形过程中起应力集中和裂纹萌生的作用,降低了接头的力学性能。     

Zn作中间层的ZK60/5083二次真空扩散焊接头显微组织与力学性能

采用二次真空扩散焊的方法,以纯Zn箔作为中间层,实现了ZK60镁合金和5083铝合金的连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对焊接接头界面显微组织、元素分布和断口特征进行观测和表征,并测试了接头的显微硬度和剪切强度。结果表明,接头界面区由镁锌共晶相MgZn_2层、残余锌层、铝基固溶体与锌基固溶体的混合物层和铝基固溶体层组成。由于Mg-Zn金属间化合物的生成及Zn原子扩散进入Al基体中产生强化作用使得焊接接头界面区的显微硬度明显高于两侧,呈现"双峰"趋势,接头的平均剪切强度为22.6 MPa,断裂发生在MgZn_2层与残余锌层界面处。     

5A02/Q235钢Nd:YAG激光-脉冲MIG复合热源熔-钎连接

研制开发了铝/钢特种钎剂,利用研制开发的铝/钢特种钎剂成功地实现了5A02铝合金板与普通Q235冷轧钢板的大光斑Nd∶YAG激光-脉冲MIG复合热源熔-钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及成分、钎剂中各成分的作用进行了分析.结果表明,涂有KAlF4 Sn Zn配方钎剂的Q235试板得到的焊缝成形美观,并且焊接过程稳定;拉伸试验中试样的破坏位置发生在铝母材的焊接热影响区,铝母材热影响区略有软化,接头抗拉强度可达167.3 MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的83.6%,与5A02铝合金熔化焊接头的强度相当,接头的断裂方式为混合断裂;剪切试验中接头的最高抗剪强度可达106.3 MPa.扫描电镜分析表明,在接头钎焊连接界面处生成了一层厚度约为3.27 μm的金属间化合物层;能谱测试结果表明,Al,Fe原子在钎焊界面处扩散较为充分.