AZ31B/Q235激光诱导电弧填丝焊连接界面分析

利用激光诱导TIG电弧复合热源,通过添加AZ61镁合金焊丝,开展了1.6 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚Q235低碳钢板材对接焊研究.分别采用扫描电镜、电子探针、万能拉伸试验机、金相显微镜等仪器进行分析测试.结果表明,采用激光诱导电弧双面填丝焊接工艺,能够获得成形美观、连续的焊缝,焊接接头平均抗拉载荷为3.13 kN.连接界面包括两部分:镁与钢的对接界面为熔化焊接,主要以界面元素扩散为主;远离对接面的接头上下界面为镁合金在钢基体的润湿铺展连接.焊接接头断裂路径表明,连接界面发生的元素扩散是实现镁合金与钢高性能连接的关键.     

铜夹层AZ31B/TC4异种金属TIG熔钎焊研究

以厚度50μm的纯铜箔作中间层,利用交流TIG熔钎焊方法对AZ31B镁合金和TC4钛合金进行搭接焊,观察分析了焊接接头的宏观形貌及显微组织,测定了焊接接头的元素分布及抗拉强度。结果表明,在电流70 A、焊接速度120 mm/min的条件下可以实现镁钛异种金属的可靠连接,熔钎焊接头由焊缝区、镁合金母材的热影响区和镁/钛界面结合区三部分组成,其中镁/钛界面结合区呈锯齿状嵌入式结构,其显微组织由α-Ti、α-Mg及沿α-Mg晶界分布的Mg-Cu-Al共晶体组成;试样拉伸断裂发生在焊缝区与热影响区的交接处,抗拉强度达到140 MPa,锯齿状嵌入式结构提高了镁/钛界面结合强度。     

低功率YAG激光-TIG电弧复合焊接镁合金薄板工艺

以2 mm厚AZ31B变形镁合金薄板为研究对象开展低功率脉冲YAG激光-TIG电弧复合热源焊工艺研究,分析了激光与电弧的能量匹配对焊缝成形的影响规律.结果表明,镁合金薄板低功率YAG激光-TIG电弧复合热源焊接过程中,激光能量与电弧能量之间的相互匹配将直接影响焊缝的表面成形,获得理想焊接接头的工艺参数区间相对较狭小.为使焊缝成形均匀连续,焊接过程中需要对焊缝背面采用氩气进行保护,当保护气体流量为5～10 L/min时获得了具有最佳性能的焊接接头,其拉伸载荷达到镁合金母材的95%以上.     

激光离焦量对镁/钢异种金属激光-TIG复合焊的影响

采用激光-TIG电弧复合对接填充镁合金焊丝的形式连接镁/钢异种金属。焊后进行拉伸试验和扫描电镜测试,主要研究不同激光离焦量条件下镁/钢接头的成形、截面形貌、力学性能、断裂位置及界面元素分布。结果表明:随着激光离焦量的增加,在焊缝正面的铺展宽度逐渐增大,而背面的铺展宽度逐渐减小,镁/钢对接界面底部的结合变差,焊接接头所能承受的最大拉伸载荷逐渐减小,最大载荷为离焦量+2 mm的接头,拉伸载荷可达3 367 N(断裂在钢母材侧),断裂形式随离焦量增加由韧窝断裂转变为脆性断裂;对界面分析可知性能最好的+2 mm离焦量接头界面出现Al元素富集的过渡层,实现镁/钢之间冶金连接,而当离焦量大于+6 mm的接头下部界面出现未熔合缺陷。     

镁/钢填镍夹层激光-电弧复合对接熔化焊特性

利用激光-电弧(TIG)复合热源的能量密度梯度分布特征,通过添加镍箔夹层,开展了AZ31B镁合金与Q235钢对接熔化焊研究.采用电子万能拉伸试验机、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的组织特征以及力学性能.结果表明,采用该方法能够实现镁/钢异质金属对接焊接成形,界面结合良好,接头钢侧形成了由Fe,Ni,Al元素构成的明显过渡区,焊缝主要由α-Mg和大量弥散分布的白色AlNi相颗粒组成.焊接接头断裂在钢侧界面附近,断口形貌呈现准解理断裂特征,接头平均抗拉强度为232 MPa,可达镁合金母材的90%.     

基于Al元素界面调控的镁/钛激光熔钎焊接特性

文中选用含Al量元素含量为9%(质量分数)的AZ91焊丝作为填充钎料,采用激光填丝熔钎焊的方法,利用焊丝中Al元素配合激光局部加热的特性改善非互溶不反应镁/钛之间的界面反应. 探索工艺参数对焊接质量的影响规律,分析焊接接头力学性能及组织特征. 结果表明,添加AZ91焊丝能够实现AZ31B镁合金/TC4钛合金的可靠连接,接头最大载荷达到1 520 N,发现焊丝中Al元素能够在激光快速加热冷却过程中偏聚到界面,并与钛侧发生冶金反应生成AlTi₃化合物,界面由较薄的反应层(2 μm以下)组成,达到既实现界面冶金结合,又将反应层厚度控制在不影响接头力学性能的范围之内.     

镁合金AZ31B的激光-TIG复合热源缝焊工艺

以AZ31B变形镁合金为主要对象,研究了其激光-TIG复合热源缝焊工艺特点,探讨了缝焊表面成形、缝焊熔深的影响因素以及缝焊缝的抗剪强度变化规律。结果表明,激光-TIG复合缝焊的焊缝为明显的“图钉型”形貌,上部分为TIG电弧焊接成形,下部分为典型的激光焊接成形。镁合金复合热源缝焊具有焊接速度高、焊缝成形美观、焊接参数范围较宽等特点,接头抗剪强度较高,是一种优良的焊接方式。     

钛合金激光-TIG复合焊接保护状态对焊缝成形及性能影响

用激光-TIG复合热源对2.5 mm厚TA15钛合金进行对接焊试验.利用万能力学拉伸机、红外热成像仪、电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）等分析手段对焊接接头进行测试分析,并与单TIG焊进行对比.分析焊接工艺参数和接头保护时间对焊接接头形貌和性能的影响.结果表明,实现2.5 mm厚钛合金全熔透焊接时,激光-TIG复合焊比单TIG焊速度更快、热输入更低,焊缝和热影响区更窄,晶粒更细;相同保护条件下,激光-TIG复合焊接头比单TIG焊接头具有更高的强度、塑性和更好的疲劳性能;激光-TIG复合焊缝冷却速率高于单TIG焊,获得良好的保护状态时所需保护时间更短.     

转速对Al/Mg异种合金超声-静止轴肩辅助搅拌摩擦焊接头的影响

采用超声-静止轴肩辅助搅拌摩擦焊技术对3 mm厚6061-T6铝合金和AZ31B镁合金进行焊接,并研究转速对接头成形、显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,焊核中存在大量铝/镁合金混合后形成的夹层状组织,随着转速的升高,夹层组织先细化后又出现增大趋势。铝/镁界面形成的复杂互锁结构可延长界面连接长度,界面互锁程度随转速增大而提高。接头拉伸强度随着转速的增大呈现先上升后下降的趋势,并在1000 r/min转速下达到最大值131 MPa。     

基于镍合金中间层的镁/钢异质金属激光-电弧复合胶焊技术

采用激光-TIG电弧复合胶焊技术实现了AZ61镁合金与Q235钢之间的良好连接.重点讨论了激光-TIG复合胶焊的焊缝表面形貌、焊缝区组织及元素分布特征.结果表明,在胶粘剂厚度一定时,焊接热输入是影响焊缝成形的关键因素.胶粘剂在复合热源作用下分解气化并逸出熔池,在一定程度上增强熔池内部液态金属的流动性,促进熔池内部异质金属之间冶金反应和相互混合.通过镍合金层与胶粘剂的综合作用使镁/钢异质材料之间以冶金反应形式连接,提高了镁/钢异质金属连接结构的线载荷,增强了镁/钢异质金属的整体性能.     

双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟

采用光纤激光器作为焊接热源,对1.4 mm厚DP600双相钢和1.8 mm厚AZ31镁合金平板试件进行钢上、镁下搭接、钢/镁层间添加Sn箔的激光热传导焊试验,通过试验调整优化焊接工艺参数,获得最佳焊缝成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)的扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)等观察添加Sn箔钢/镁接头的显微组织、界面元素分布和相结构组成;利用ANSYS有限元软件,考虑材料物性参数的温度相关性、初始条件、边界条件等因素影响,建立钢/镁异种金属激光焊接非线性三维传导有限元模型,模拟计算钢/镁焊接接头的温度场分布。结果表明:添加Sn箔可实现钢/镁之间的有效连接,焊接模式为激光热传导焊,模拟计算获得熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合,验证采用高斯体热源模型用于模拟双相钢/镁合金焊接接头温度场的合理性;由于添加Sn箔减缓从上层钢板向下层镁合金的热量传递,起到一定程度的隔热效果,利于熔沸点差异大的钢、镁同时熔化,此外上层钢侧冷却速度降低,延长钢板与Sn箔中Fe、Sn元素的相互扩散时间,导致钢/镁界面中钢侧过渡区域生成FeSn、Fe_(1.3)Sn、Fe_3Sn等Fe-Sn相,镁侧过渡区域生成Mg_2Sn相。因此,添加Sn箔有助实现双相钢/镁合金异种金属的有效连接。     

瞬间液相扩散连接镁/镍/钛接头微观组织及力学性能研究

以Ni箔为中间层,对镁合金AZ31B和钛合金Ti6Al4V进行瞬间液相扩散焊。结合能谱分析、X射线衍射谱、显微硬度测试和力学性能试验,研究了焊接过程中不同焊接温度(505~535℃)对镁/钛接头微观组织及力学性能的影响。结果表明:当焊接温度为525℃、保温时间为20min、焊接压力为0.2MPa时,镁/钛接头达到最大剪切强度57MPa。此时,镁/钛接头界面形成Mg_2Ni、Mg_3AlNi_2等金属间化合物。在拉伸试验中,接头断裂发生在金属间化合物层。     

焊接参数对不等厚钛合金角接结构激光诱导电弧焊接成形的影响

采用低功率激光诱导TIG电弧焊接技术,对15 mm和6 mm厚TC4钛合金板的角接结构焊接工艺进行研究。分析了焊接参数对不等厚板角接结构焊缝成形、焊接接头典型组织特征和显微硬度分布的影响机理。试验结果表明:在激光功率485 W、TIG电弧电流240 A、预留间隙0.3 mm时可获得最佳成形焊接接头;激光与电弧的匹配增大了焊接参数选择范围,可增强面对特殊结构的焊接适应性。钛合金不等厚板角接结构焊后接头呈非对称状,两侧组织存在差异,薄板侧晶粒长大明显,出现柱状晶区,TC4双相钛合金焊后组织中出现的网篮组织能提升焊缝强度。     

激光-电弧复合焊接AZ31B/ZM5异种镁合金组织及性能分析

采用低功率激光-电弧复合焊对变形镁合金AZ31B与铸造镁合金ZM5进行焊接,利用光学显微镜、显微硬度仪和万用力学试验机等对异种镁合金接头的组织特征、元素分布和力学性能进行研究。结果表明:在940 W激光功率,110 A电弧电流,880 mm/min焊接速度,15 L/min保护气流量时可获得成形良好的接头;接头AZ31B侧的热影响区宽度小于ZM5侧的,焊缝晶粒呈细小等轴树枝晶形貌、由α-Mg和β-Mg17Al12两相组成;接头元素分布Al含量呈阶梯分布,ZM5焊缝AZ31B;接头显微硬度从AZ31B至ZM5逐渐升高,硬度最低处为AZ31B热影响区,最高处为ZM5部分熔化区;接头抗拉强度高于ZM5母材,断裂于ZM5母材处。     

TA15钛合金激光-电弧复合热源焊接工艺优化

利用Nd:YAG脉冲激光-TIG复合热源对厚2.5 mm TA15钛合金进行对接焊工艺试验。为了对焊接接头力学性能进行控制,本文以焊缝的最大抗拉强度作为评价焊接质量的品质特性,对影响焊接质量的四项工艺参数(激光功率、电弧功率、DLA、焊接速度)利用田口法进行优化设计。通过信噪比分析,获得最优参数水平组合,同时进行方差分析,结果表明:激光功率和焊接速度对焊接质量的影响最为显著,优化后工艺参数对试板进行焊接,发现增加了22%激光功率的复合热源焊接熔化能量是电弧焊的2.4倍,获得的焊缝成形质量连续、美观,且静拉伸断口位于母材处,说明接头力学性能可靠。     

其它焊接方法

5A02／Q235钢Nd：YAG激光·脉冲MIG复合热源熔-钎连接;激光-TIG复合热源焊接参数对镁／钢异种材料焊接接头的影响;激光-电弧复合焊接咬边缺陷分析及抑制方法; 激光＋GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——Ⅱ．组合式体积热源的作用模型     

激光-TIG复合焊接镁合金AZ31B焊接工艺

以变形镁合金AZ3lB为主要研究对象，研究激光-TIG复合热源焊接镁合金工艺特点，利用正交试验分析焊接规范对焊缝成型的影响。试验结果表明，激光束的存在增强了镁台金高速焊接时电弧的稳定性，增大了焊缝的熔深。在最佳的工艺条件下镁合金焊缝成型良好．无气孔、裂纹等缺陷，焊接接头抗拉强度与母材强度相当，表明激光-TIG复合热源焊接是一种理想的镁合金焊接新工艺。     

AZ31镁合金激光-MIG复合焊接接头组织和疲劳性能研究

为了提高AZ31镁合金激光-MIG复合焊接接头的可靠性,本文开展了10mm厚AZ31镁合金组织和疲劳性能研究,分析了复合焊接接头的组织、硬度及疲劳性能。结果表明:镁合金激光-MIG复合焊缝形貌呈V型,焊缝热影响区较小,焊缝区为细小的等轴晶组织,且电弧区晶粒大小大于激光区,焊接接头软化区小。镁合金激光-MIG复合焊接接头沿焊接方向疲劳性能呈现出"先减后增,而后再减"的变化规律。     

镀Cu层调控AZ31B/TC4激光熔钎焊接特性

采用钛表面电镀铜作为中间层,开展镁(AZ31B)/钛(TC4)对接激光填丝熔钎焊,对镁/钛非互溶不反应焊接体系进行调控. 主要研究了激光功率对镁/钛接头焊接质量的影响规律,进一步分析了不同工艺参数条件下镁/钛界面组织及接头力学性能. 结果表明,铜镀层提高了熔融焊丝在母材表面的润湿铺展并卷入到焊缝组织中,随着激光功率的增加,镁/钛界面形成Ti₃Al反应层的能力提高,界面结合强度随之提高. 在较高激光功率1 700 W时,接头拉伸载荷最高达到3 085 N,为镁母材的76.2%,而接头在较高激光功率下的断裂模式也由完全界面断裂转变为部分界面断裂.     

喷丸对镁/钢焊接接头微观组织和力学性能的影响

采用TIG电弧为热源,AZ31B镁合金焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金和镀锌双相钢进行熔钎焊连接。焊后采用高能喷丸工艺对镁/钢焊接接头进行强化处理,结合BSE、XRD、光学显微镜以及万能拉伸试验机等检测方法对AZ31B镁合金和镀锌双相钢的TIG熔钎焊接头微观组织和力学性能进行研究。结果表明:当喷丸强度为0.10 MPa时,镁/钢接头具有最大抗拉强度242 MPa,接头熔焊区的平均晶粒尺寸减小至34μm,且接头最大残余压应力达到81MPa;接头断裂位置位于镁合金母材,断面呈现良好的塑性断裂特征。