电流辅助钛/铝异种合金激光熔钎焊的特性

采用电流辅助激光熔钎焊的方法对钛/铝异种合金的焊接特性进行研究.结果表明:激光功率对钛/铝异种合金接头的力学性能及微观组织有着明显的影响;辅助电流可有效地降低焊接过程中所需的激光功率,促进焊丝及铝合金母材的熔化,提高液态金属对母材的润湿铺展能力,在一定程度上促进了界面反应.     

镁/钢异种合金激光深熔钎焊工艺特性

以AZ31镁合金和Q235钢为研究对象,采用激光深熔钎焊的方法进行工艺试验,获得了具有熔焊和钎焊双重性能的复合型接头.同时,利用光学显微镜、扫描电镜和拉申试验机对焊接接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,在接头界面的上部,液态镁合金对碳钢产生部分溶蚀作用,导致碳钢微量熔化;在接头界面的中下部,未见碳钢的熔化,熔...     

铝/钛异种金属激光/激光-CMT复合熔钎焊工艺及其组织与力学性能

选用5A06铝合金和Ti6Al4V钛合金为母材,ER4047焊丝和粉状Nocolok钎剂为填充材料,采用激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊两种焊接方法,并对两种焊接接头的微观组织和力学性能进行对比分析.结果表明,激光熔钎焊与激光-CMT复合熔钎焊在合适的焊接工艺下均容易获得连续、稳定的焊接接头.铝/钛激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊缝中部组织均为α-Al固溶体和Al-Si共晶组织.激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊均在钛合金上表面处界面反应层最厚,其厚度分别小于10和6μm.激光熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为锯齿状,激光-CMT复合熔钎焊焊缝偏钛侧界面主要为层片状.激光熔钎焊和激光-CMT复合熔钎焊焊接接头均断裂在焊缝区,焊接接头平均抗拉强度分别为252和209 MPa,激光熔钎焊比激光-CMT复合熔钎焊接头抗拉强度高20%,而激光-CMT复合熔钎焊比激光熔钎焊焊接效率提升约1.5倍.     

钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊数值模拟

采用ANSYS有限元软件,建立了钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊有限元模型,并采用熔池边界准则验证了其准确性,在此基础上计算了工件的应力与变形. 结果表明,工件上的纵向峰值拉应力出现在焊缝底部热源后方的钢母材一侧,随着焊接过程的持续进行,其数值不断增大,焊接结束瞬间(13 s)达到最大值203 MPa;工件上的应力场呈不对称分布,热源附近区域存在较大应力梯度;工件最大变形量为0.882 mm.     

Ti/Al异种合金激光熔钎焊过程气孔形成机制

采用矩形光斑CO2激光为热源,以AlSi12作为填充焊丝进行钛/铝异种合金的激光熔钎焊试验,发现气孔是导致接头失效的一个主要因素。结果表明,钛/铝异种合金激光熔钎焊的气孔缺陷主要是由镁元素的气化所致。光束的偏移量及激光功率是影响气孔产生的主要因素。界面棒状的金属间化合物长度低于10μm时一般不产生气孔,而气孔的直径与焊缝内部的微观组织有关。     

铝/钢异种金属电弧熔钎焊研究现状

铝合金和钢在高温下易反应生成多种金属间化合物,使铝/钢的焊接一直是焊接领域的一大难题。控制接头界面处金属间化合物的生成及其尺度,是成功进行铝/钢焊接的关键。电弧熔钎焊是解决铝/钢异种金属焊接全面走向工程应用的最具希望的几种焊接方法之一。文中综述了近年来铝/钢电弧熔钎焊研究的发展现状,分析了铝/钢电弧熔钎焊焊接性,重点探讨了控制金属间化合物生长的方法,包括减小焊接热输入、降低热源能量密度、添加具有抑制金属间化合物生长的合金元素、采用中间层等;总结了改善液态金属润湿性和铺展性的方法,包括采用镀层/覆层、采用钎剂、采用辅助磁场、进行预热或辅助加热等。最后提出了若干铝/钢电弧熔钎焊需要进一步解决的问题。     

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接头界面特征及力学性能

采用AlSi5焊丝和交流TIG电弧实现了TC4钛合金和6056铝合金的熔钎焊连接,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和拉伸试验等方法评价了接头界面微观组织特征和力学性能.结果表明,当焊接电流为30,40和60 A时,界面反应层分别呈棒状、块状和锥状分布,过大的热输入使界面产生了粗大柱状金属间化合物层,冷却时在焊接内应力作用下产生了冷裂纹.金属间化合物主要为TiAl3相,Si元素偏聚其内形成过饱和固溶体.接头强度-焊接电流曲线出现了两次峰值强度.焊接电流为30 A时,熔钎焊接头平均抗拉强度为103 MPa.焊接电流为60 A时,电弧形态扩张使能量密度降低,接头强度出现第二次峰值.     

钛/铝异种轻金属熔焊缺陷及解决工艺

讨论了钛/铝异种轻金属熔焊过程中易出现氧化物夹杂、焊接裂纹及Ti-Al脆性金属间化合物等缺陷,简要分析了焊接缺陷产生的原因。根据国内外针对钛/铝异质接头熔钎焊研究的进展,提出了改善接头过渡区显微组织的方法。采用一种新的熔钎焊技术,可以解决焊接过程中出现的部分缺陷,但也存在接头厚度方向Ti/Al界面组织分布不均匀的问题。采用脉冲电流或超声波辅助等特殊工艺,可以改善Ti/Al界面组织,提高接头的性能。     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头温度分布

以5A06铝合金和TC4钛合金为母材,Alsil2焊丝为填充材料,进行了激光熔钎焊试验.在分析激光填丝熔钎焊传热行为的基础上,建立了3种激光加热模式的热源模型,并采用有限元方法对激光垂直加热、倾斜加热、光束偏置加热以及矩形光斑加热模式下接头温度场进行了计算和分析.结果表明,在铝/钛异种合金的激光熔钎焊过程中,焊缝两侧温度分布严重不对称,将光斑中心向铝合金一侧偏离焊缝中心线0.4～0.6mm可避免钛合金界面局部过热;采用椭圆光斑加热时,加热效果与圆形光斑相近;采用矩形光斑加热,接头界面上下温度分布较为均匀.     

铝/钛异种金属冷金属过渡熔钎焊接头分析

以ER4043的铝焊丝对6061铝合金和TA2纯钛进行CMT熔钎焊,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分析了焊接接头的微观组织特征,并通过拉伸试验对接头进行了力学性能的评定. 结果表明,焊接接头具有熔焊和钎焊双重性质:铝母材局部熔化,与熔化的焊丝金属混合后凝固形成焊缝;而没有熔化的钛母材通过Ti原子的扩散与焊缝金属形成金属间化合物结合层的钎焊界面. 钎焊界面处反应层可分为靠近钛板一侧的连续层Ti₃Al和向焊缝内部生长的锯齿状的反应层TiAl₃. 当钛板坡口角度为30°时,钎焊界面化合物生长均匀良好,接头会断裂在铝母材的热影响区,最高抗拉强度达到197.5 MPa.     

镍箔中间层对不锈钢/铝合金激光深熔焊的影响

以不锈钢201和铝合金5052作为试验材料,添加镍箔作为中间层,配合钢上铝下的搭接接头形式,采用激光深熔焊方法进行了焊接试验,分析了热输入对焊缝成形的影响以及添加镍箔后接头力学性能与不锈钢／铝合金焊接性的变化,并提出了焊缝下凹深宽比r以表征焊缝对应力集中的敏感程度．结果表明,热输入升高会导致焊接过程中飞溅增加,焊缝宽度与下凹程度增大,熔穿深度升高;不锈钢焊缝金属嵌入到铝合金内的熔穿深度对焊缝的力学性能有着重要的影响;镍中间层的添加有效地改善了接头力学性能,扩大了可用的工艺参数范围．     

激光焊接体能量及其对激光深熔焊缝熔深的影响

定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接工艺参数对激光深熔焊接过程的影响,并分析了焊接体能量对激光深熔焊缝熔深的影响.焊接体能量与激光功率成正比、与焊接速度成反比、与离焦量成四阶指数关系,与焦点尺寸成平方关系.结果表明,在激光深熔焊接过程中,焊接体能量决定焊缝熔深;随着焊接体能量的增大,焊缝熔深近似呈线性增大.     

Relation between welding parameter and acoustic emission information during laser deep penetration welding

In laser non-penetration deep penetration welding process, welding material will vaporize, metal vapor and ambient gas will produce a higher degree ionization, which forms plasma of high concentration. In the case of forming a small hole, plasma will eject .from the hole, and form acoustic emission ( AE ) signals. Because AE information has many advantages such as non-contact measuring, fast response, and high ratio of signal to noise, it can be used as a monitor variable for in-process control. By studying AE information, information of welding pool and small hole can be obtained. According to characteristic of AE information, this paper reveals the correlation between welding parameters and AE signals, and provides a good base for further quality control.     

薄板钛合金激光焊熔透稳定性临界条件的计算

钛合金薄板熔透激光焊研究发现,在一定焊接参数条件下,由于金属蒸气和光致等离子体的作用,即使焊接过程的工艺参数稳定不变,也存在全熔透不稳定过程,其特征是焊缝表面成形均匀不变,而焊缝背面出现熔透与未熔透之间交替跳跃的成形特征,这种不稳定焊接过程属于激光深熔焊过程的本征特性,主要取决于焊接过程穿孔形成的稳定性。基于小孔形成机理和孔壁能量平衡的分析,提出了小孔穿孔速度与焊接速度相匹配的熔透稳定性物理模型,将穿孔速度与激光功率密度、焊接速度、材料物理性能、板厚联系起来,并建立了熔透焊所需最小激光功率密度计算关系式,理论计算结果与试验结果基本一致。所建立的关系式可用于判断焊接工艺参数深熔焊熔透稳定性。     

钛合金激光穿透焊的焊缝成形(Ⅰ)

在对钛合金激光穿透焊焊缝成形特征分析的基础上研究了激光焊主要工艺参数对焊缝成形的影响 ,同时对比研究了CO2 激光和YAG激光穿透焊时焊缝成形的差异。研究结果表明 ,在穿透焊条件下 ,CO2 激光和YAG激光焊接钛合金焊缝都具有钉形和近X形两种典型的截面形貌。焊缝成形与焊接热输入及激光功率密度有密切联系。随焊接热输入和激光功率密度的增大 ,焊缝截面由钉形向近X形转变。在采用同样工艺规范获得近X形焊缝成形时 ,YAG激光焊缝的对称度显著高于CO2 激光焊缝。通过调整激光功率、焊接速度和离焦量等激光焊工艺参数 ,可以对焊缝成形进行有效控制 ,提高焊接接头质量。     

HR-TEM observation of laser pressure weld of galvannealed steel and pure aluminium

Laser pressure welding was conducted by changing the laser power and the roller pressure in the previous experiment. It was revealed that dissimilar metal welding of galvannealed steel and pure aluminium was feasible in a wide range of welding conditions. When the roller pressure was more than 1.96 kN at the laser powers equal to or less than 1400 W, the joint strengths were so high that the specimens in the tensile shear and the peel tests fractured in the A1050 parent metal.

In order to know the reason for such high strengths of joints with thick compound layers and the joining mechanism, the compound layer was observed by HR-transmission electron microscopy (TEM). The TEM observation results revealed that the main phase in the compound layer was the solid solution of Al + Zn. Moreover, the intermetallic compound was identified as FeAl, Fe₂Al₅, Fe₄Al₁₃ and Fe₂Al₅Zn_0.4 phase by electron diffraction. The Fe₃Zn₁₀ (Γ phase) of Fe–Zn intermetallic compound was confirmed on a Fe base material. It is guessed that the joining areas were heated at a range of 782°C more than 665°C, a melting point of Al, by laser irradiation because the δ_lk phase aspect was not confirmed. Because the surfaces of A1050 and Zn plated layer were melted thinly, the layer was over 10 μm thicker. The reason for the production of high-strength joints with a relatively thick intermetallic compound layer was attributed to the formation of (Al + Zn) phase with finely dispersed intermetallic compounds.     

Laser roll welding of dissimilar metal joint of titanium to aluminium alloy

Recently, the demand for dissimilar metal joints of titanium to aluminium alloy has arisen in industry, especially in the transportation vehicle industry. However, it is well known that fusion welding of titanium to aluminium alloy is difficult because of generating the brittle intermetallic compound at the joint interface. Therefore, new welding processes with high reliability and productivity for these dissimilar materials are demanded. In the present work, Laser roll welding of titanium to aluminium alloy using a 2 kW fibre laser was tried to investigate the effects of the process parameters on the formation of the interlayer and the mechanical properties of the joint. As a result, the cross-section of the joint shows partial melting of the aluminium sheet and spreading of molten aluminium alloy on the titanium sheet occurs during the welding thermal cycle. Various types of intermetallic compound were confirmed at the interlayer of the welded joint. The specimen with a bonding width of 2.8 mm failed in the base metal of titanium in the tensile shear test. In Erichsen cupping tests, the Erichsen value was 5.7 mm. This value was 89% of the base metal of aluminium sheet.     

激光深熔焊中匙孔形成过程的动态模拟

为了准确的模拟出激光深熔焊接中匙孔变化的动态过程,根据匙孔内激光的能量吸收机制,采用射线跟踪法产生热源,建立了激光深熔焊接过程中气、液、固三相统一的数学模型,并采用了VOF方法追踪自由液面,模型中考虑了表面张力、热浮力和反冲压力的作用,通过数值计算得到了匙孔变化的动态过程与相应的温度分布.结果表明,匙孔形成的主要驱动力是反冲压力,在加热初期,激光主要用来加热金属基体,随着激光辐照时间的增加,熔池表面温度急剧升高,金属进而汽化,产生匙孔.针对304不锈钢的工艺试验表明计算结果与实际相符合.     

激光深熔焊运动熔池瞬态形成过程数值模拟

考虑到表面张力、浮力、液-固相之间内作用力、焊接速度、紊流、对流以及辐射等影响因素,建立激光深熔焊接过程运动熔池的数学模型,并对熔池的温度、流动、焊缝形貌的动态演化过程进行预测.结果表明,运动熔池形成过程中,变宽的趋势比拉长的趋势大,在宽度上达到最大值后继续拉长、变尖,达到准稳态;运动熔池上部分对流传热起主导作用,下部扩散传热起主导作用;Marangoni力是运动熔池上部变宽、拉长的主要作用力。数值模拟得到的熔池动态结果与实际拍摄的试验结果吻合较好。