搭接方式对铝/钢异种金属激光焊接接头组织性能的影响

采用激光深熔焊对2 mm厚的AA6061-T4铝合金和1.5 mm厚的Q235镀锌钢异种金属进行焊接,主要针对铝上钢下和铝下钢上两种搭接方式进行比较研究。从接头截面形貌、组织表征、相分析、拉伸剪切性能等方面对两种搭接方式得到的铝/钢接头进行了比较。结果表明:铝上钢下接头的深宽比小于1,铝下钢上接头的深宽比大于1。接头中有氢气孔、锌蒸气孔及工艺型气孔等缺陷的生成。铝上钢下接头的整个焊缝金属由铁铝金属间化合物组成,该接头的平均抗剪强度为74.2 N/mm。铝下钢上接头仅在焊缝金属和铝基体之间形成一层金属间化合物,该接头的平均抗剪强度为163.4 N/mm。     

胶层辅助激光焊双相钢/铝合金接头显微组织与力学性能

对1.4 mm厚DP590双相钢和1.2 mm厚6016铝合金平板试件进行有无胶层加入的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、背散射电子衍射技术(EBSD)、能谱仪(EDS)、显微硬度分析仪和微机控制电子万能试验机等研究有无胶层辅助激光焊接头焊缝区域的金相组织、断口形貌、相分布及含量、晶粒大小、界面元素分布、显微硬度与接头力学性能。结果表明:在激光功率为1800 W、焊接速度为40 mm/s、离焦量为+2 mm、采用Ar为保护气体且流量为15 L/min的条件下,添加胶层时,焊接试样焊缝表面成形性良好,焊缝区无软化组织生成,焊接接头的平均剪切强度为41.33 MPa;与没有添加胶层的相比,试样的剪切强度提高1.44倍。添加胶层可增加焊缝熔深和熔宽,有利于钢/铝的焊合,钢/铝界面生成具有延性富Fe的Fe-Al化合物,均匀分布的晶粒有助于试件承受的外力均匀分布在焊接接头的搭接区域,因而添加胶层对焊接接头的力学性能有改善作用。     

外加磁场对镁合金焊缝组织与裂纹影响机制的研究

以AZ31B镁合金为研究对象,采用TIG焊接方法,研究了外加纵向磁场对镁合金焊缝成形、焊缝组织及其焊接裂纹的影响规律.研究表明:在外加脉冲交变纵向磁场作用下,镁合金焊缝的熔宽增大,熔深减小,焊缝晶粒细化,析出相增加并呈弥散化分布状况;外加磁场影响了镁合金的焊缝成形和显微硬度,能够控制镁合金焊缝组织、减少镁合金焊缝热裂纹的产生,改善镁合金焊缝的性能.     

钢-铝异种金属激光自熔搭接焊的数值模拟研究

利用SYSWELD有限元软件对钢-铝异种金属的激光自熔搭接焊进行了数值模拟,包括钢上铝下和铝上钢下两种搭接接头,比较了两种接头的温度场、特征点的热循环曲线、沿焊缝纵向和横向的焊接残余应力及残余变形分布。结果表明,激光焊起始时的温度瞬间超过材料的熔点;钢上铝下搭接接头的最高温度高于铝上钢下搭接接头的。温度模拟结果与测温试验结果吻合较好。铝板焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,钢板焊缝中心线上的残余应力以压应力为主。沿垂直于焊缝方向上,铝板在焊缝及附近区域的残余应力以拉应力为主,在远离焊缝的区域以压应力为主,而钢板在焊缝中心区域的残余应力为压应力,在焊缝两侧熔合区的拉应力达到最大值。这两种搭接接头中,铝板的焊接残余变形均大于钢板。在实际的钢铝焊接生产中,可以适当加大对铝及其合金的夹紧力。     

铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾腐蚀行为

为了获得铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾介质的腐蚀过程及机理,对5%NaCl腐蚀后的焊接接头进行拉剪试验,并采用带能谱的扫描电子显微镜进行断口微观形貌分析.结果表明,铝钢电磁脉冲焊接接头中性盐雾腐蚀3天后的抗剪强度由原态74 MPa降为33 MPa,为原态的44.6%,腐蚀周期7天时,焊缝完全失效;在焊缝外围,粒子流击碎铝板表面氧化物生成粒状腐蚀物NaAlO₂,焊缝上FeAl₃破碎,露出铝被快速腐蚀为Al(OH)₃;在铝板表面撞击产生凹坑和嵌入钢板表面片状铝的位置最先被腐蚀,NaCl液体堆积并在表层金属下流动腐蚀,且沿着腐蚀坑互连方向扩展,再向焊缝存在FeAl₃相的连接区延伸;当氧化膜或焊缝被NaCl介质腐蚀抬起且破碎后,向着铝基体深层腐蚀,形成多而深的沟壑或凹坑,这成为接头快速失效的主要腐蚀机理.     

镀锌钢/6016铝合金激光焊的BP神经网络工艺优化及组织和性能

为了抑制或减少镀锌钢/6016铝合金在激光焊过程中生成Fe/Al脆性金属间化合物,采用光纤激光器,不添加任何钎料,对汽车车身用镀锌钢与6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验。利用ANSYS有限元分析软件,建立钢/铝激光焊热源模型。基于模拟计算与温度同步测量,获取不同工艺条件下焊接熔深,将其作为训练样本,利用BP神经网络,建立激光焊条件下焊接功率、焊接速度、离焦量与焊接熔深之间的非线性映射关系,优化焊接工艺参数。采用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、微机控制电子万能试验机等手段对优化工艺条件下焊接接头各区域的金相组织、断口形貌、界面元素分布、主要物相和接头力学性能进行研究。结果表明:模拟计算获得工件表面距焊缝中心不同位置温度与实验同步测量温度基本吻合,所建热源模型能反映激光焊实际过程特点;通过神经网络方法建立模型预测不同工艺参数下焊接熔池深度的相对误差控制在10%以内;优化工艺条件下,焊缝横截面铝熔化,钢少量熔化,液态铝在钢表面润湿铺展良好,钢/铝界面层形成厚度约为9μm、由FeAl和Fe3Al组成的金属间化合物层,焊接接头平均抗剪强度为27.70 MPa,断裂形貌表现为准解理和韧性的混合型断裂特征。     

铝/钢表面预置粉末激光焊接头的组织与性能

针对铝/钢焊接的技术难点,采用铝表面预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉、铝/钢层间预置Sn粉的方法,对1.2 mm厚6016铝合金和1.4 mm厚DP590双相钢进行铝上钢下搭接、铝/钢表面同时预置粉末的光纤激光焊接试验,分析接头成形、连接界面显微组织及力学性能;利用ANSYS有限元软件,建立铝/钢激光焊接瞬态有限元模型,计算接头温度场分布;利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算预置粉末新形成物相FeSn、Fe_3Sn及FeAl_3、Fe_2Al_5等化合物的模量和热力学性能。结果表明:在激光头沿焊接方向偏转10°、激光功率2750 W、焊接速度32 mm/s、离焦量-2 mm、Ar保护气体流量20 L/min条件下,铝/钢表面同时预置粉末可实现6016铝合金与DP590双相钢有效连接,无明显气孔、裂纹等缺陷,接头平均线载荷54.16 N/mm,与铝表面预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉、铝/钢层间未预置Sn粉相比,接头性能提高1.6倍;铝表面预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉,焊接元素光谱相对强度和等离子体的电子密度增大,预置AlSi_(12)Mg_(1.5)粉增加上层铝对激光的吸收率,改善焊缝表面成形;当铝/钢层间预置Sn粉时,铝、钢均达到熔化状态,上层铝液和下层钢液的熔合宽度加大,铝/钢横向结合面积增加,焊合率提高;此外,焊缝区晶粒细小,接头界面Fe-Al化合物的层厚度减少,生成高温下结构稳定的FeSn和Fe_3Sn等延性新相,因而同时预置粉末获得了较好的铝/钢接头性能。     

电磁搅拌对AZ61镁合金TIG焊焊缝质量的影响

为了改善镁合金的焊接性,在对AZ61镁合金进行TIG焊过程中加入间歇交变纵向磁场,系统地研究电磁搅拌作用对焊缝中气孔、裂纹、焊缝显微组织及力学性能的影响,并用金相显微镜及扫描电子显微镜对其显微组织进行分析,发现外加磁场的电磁搅拌作用可以改变焊接熔池的结晶过程,促进气泡上浮,降低镁合金焊接热裂纹敏感性,抑制热裂纹产生;同时,细化焊接接头的一次结晶组织,使低熔点共晶物细化、球化、弥散分布,改善焊接接头的综合力学性能,有效防止焊接接头软化,进而提高焊接接头的质量。     

铝/钢异种金属电弧熔钎焊焊接接头的腐蚀性能

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法用4043铝合金焊丝对1060铝合金/镀锌钢异种金属进行搭接焊;350℃下对铝/钢焊接接头进行退火处理,通过面扫描对退火前后焊接接头焊缝中合金元素的分布进行对比分析,用浸泡法和电化学法对退火前后焊接接头的腐蚀行为进行研究,分析焊接接头不同区域的腐蚀行为及退火热处理对焊接接头腐蚀性能的影响。结果表明:焊接接头退火热处理后,其焊缝中的合金元素Si发生均匀化扩散,同时,富锌区界面反应层的金属间化合物Fe_2Al_5Zn_(0.4)明显变厚;腐蚀试验表明铝/钢熔钎焊焊接接头发生电偶腐蚀,其钢侧被严重腐蚀,而焊缝侧仅发生轻微的腐蚀,界面反应层金属间化合物的存在对接头的腐蚀性能是不利的;除此之外还发现焊接接头富锌区的腐蚀电位较低,最易发生腐蚀;在此基础上通过面扫描对富锌区的腐蚀行为进行进一步的分析。     

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。     

铝合金/镀锌钢板脉冲MIG电弧熔-钎焊接头组织与性能

采用数字化脉冲MIG焊机,以ER4043焊丝为填充材料.实现了6013-T4铝合金薄板与镀锌钢板的熔-钎焊接,研究了焊接热输入对接头组织和性能的影响,结果表明,在熔-钎焊接头熔化焊缝焊趾处存在主要由Zn-Al共晶体、富A1的α固溶体和Fe3Al组成的富Zn区:钎焊界面上的Fe-Al金属间化合物层厚度在1.05-4.50μm之间.且随焊接热输入的增加而增大.Fe-Al金属间化合物呈"锯齿"或"舌"状向焊缝内生长,主要为FeAl₂,Fe₂Al₅和Fe₄Al₁₃.随着焊接热输入的增大,熔-钎焊接头的抗拉强度先增大而后减小.在850 J/cm的热输入下达到229 MPa,拉伸后在铝合金焊接热影响区发生断裂,为塑韧性断裂;当焊接热输入较小时接头在钎焊界面断裂,属于脆性断裂.     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

Al2O3/Ti生物相容连接接头微观组织及力学性能

文中对Al₂O₃陶瓷和金属Ti表面磁控溅射Mo和Ti金属层,以纯Au箔钎料,研究连接工艺及Ti金属化层厚度对连接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,焊缝主要由Au钎料和（Au,Mo） ss构成,（Au,Mo） ss中含有少量（Ti,Mo） ss和TixAuy金属间化合物.另外,在Al₂O₃/钎料界面处及焊缝中存在少量呈条状分布的TiO₂和Ti_xAl_y金属间化合物.连接工艺及Ti金属化层厚度主要影响各物相的数量及分布状态,通过影响焊缝中固溶体的分布均匀性及金属间化合物的数量而影响接头抗剪强度.当连接温度为1 080℃、保温时间为5 min、Ti金属化层厚度为0.2 μm时,接头的抗剪强度达到最大值138 MPa.     

送丝位置对铝/镀锌板CMT搭接接头组织与性能的影响

采用CMT搭接方法研究不同送丝位置对6082铝合金/镀锌板搭接接头质量的影响. 使用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析焊接接头的形貌,微观组织及元素分布;通过拉伸试验检测接头的力学性能. 结果表明,1和2位置时,焊缝成形不饱满,锌层蒸发严重,界面处形成FeAl₂,FeAl及FeAl₃的金属间化合物,承载力达到6 kN;当3,4和5位置时送丝位置指向铝板,焊缝成形饱满,界面处形成Fe_6.6Al₃Zn_0.2和Fe₂Al₃Si_0.3,厚度约为2 μm,承载力达到7.5 kN,综上所述,CMT焊接铝合金/镀锌板时送丝位置应偏向铝板,可得到综合性能更好的焊接接头.     

Na2SiF6活性激光焊接TC4钛合金焊缝成形和组织

采用Na₂SiF₆作为表面活性剂激光焊接TC4钛合金,通过观察焊缝表面,确定了Na₂SiF₆对TC4钛合金激光焊焊缝表面成形的影响;采用高速摄像技术,观察分析了焊件上方高温光致等离子体形态特征变化;借助光学显微镜观察分析了焊缝熔深和熔宽的变化及微观组织. 结果表明,涂覆Na₂SiF₆活性剂后TC4钛合金激光焊焊缝表面成形良好,可使焊缝熔深增加约0.8% ~ 12%,焊缝表面熔宽降低约10% ~ 29%,能够有效提高焊缝的深宽比;Na₂SiF₆活性剂改善了焊缝微观组织的不均匀性,改变了焊缝上部β柱状晶的结晶方向,细化了焊缝的晶粒尺寸和微观组织.     

高效MAG焊接熔滴过渡行为及交变磁场控制试验分析

探索更加高效的焊接方法和工艺是当前国际焊接界一个热点课题,而增大焊接电流和焊丝伸出长度可直接提高MAG焊焊接效率. 文中对商用MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50 m/min,焊接电流提升至500 A以上,以进一步提高焊接效率. 但是熔滴旋转射流过渡的形成,导致电弧不稳,飞溅增大,因而采用外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡行为. 通过焊接工艺试验,分析了焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,研究了交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的作用. 结果表明,外加低频交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,缩短液流束长度,减小液尖偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

双相不锈钢CMT-P复合焊接微区组织特征

引入CMT-P复合焊接方法成功制备了成形质量优异的UNS S32750超级双相不锈钢焊接接头，选用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及透射电镜等设备研究了接头不同区域的微观组织. 结果表明，焊缝、热影响区和母材组织呈现显著差异. 与母材和焊缝相比，热影响区内奥氏体含量最低(32.3%)，但焊接接头各微区的奥氏体含量均满足不低于30%的标准要求．由于焊接热循环过程中再加热的作用，焊根及热影响区中析出了尺度和形貌均不同的晶粒内γ₂和晶粒边界γ₂，而焊缝填充区没有γ₂析出．此外，焊根和热影响区均析出了短棍状Cr₂N，主要分布在铁素体晶粒内和晶粒边界，Cr₂N析出致使相邻铁素体基体形成了明显的贫Cr区．     

纵向直流磁场对铝铜熔钎焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊进行铝铜异种材料熔钎焊对接试验，通过添加Zn-2%Al药芯焊丝调控焊缝成分，并施加纵向直流磁场调控界面组织，接头力学性能显著提高. 结果表明，相比于无磁场，在纵向直流磁场的作用下，Cu侧IMC层的形状、厚度和化合物种类均发生变化:平均厚度明显变薄，由32.8 μm降至14.6 μm；形状由平直变为弯曲，起到“机械咬合”作用；Cu侧IMC层Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7三元化合物的出现抑制了硬脆的AlCu与Al₂Cu化合物的生长，接头性能升高. 添加直流磁场后，接头抗拉强度均比无磁场时高，且接头抗拉强度随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势. 当焊接电流I = 95 A，焊接电压U = 16 V，焊接速度v = 140 mm/min，磁场强度B = 10 mT时，接头抗拉强度最高，达到110.8 MPa，比无磁场升高了约24%.     

7075铝合金TIG焊焊缝的组织和性能与耐腐蚀性

采用自研的7075铝合金焊丝对7075铝合金板材进行焊接试验,研究焊接电流(160?～?180?A)对焊缝组织和性能与耐蚀性的影响;同时观察T6热处理(480?℃?+?1?h,120?℃?+?24?h)后性能的变化.结果表明,焊缝组织均匀为等轴晶,而且随电流增大晶粒尺寸不断增加,热处理后晶界变窄,明显看出析出相变少;X...