钒合金与钢异种材料焊接研究现状分析

以钎焊、压焊和熔焊为研究主体,综述了钒合金与钢的连接技术研究进展.现有的研究成果表明,钒合金与钢的连接存在着很大的难度,材料表面氧化膜、结合界面形成的脆性金属间化合物是影响接头性能的关键.解决的有效途径是:选择合适的中间层材料,如Au-Ni,V,Nb等,可以很好地润湿钒合金与钢以提高接头性能;采用爆炸焊或摩擦焊的固相连接手段,避免金属的熔化;采用熔化低熔点金属润湿-钎接高熔点金属的方法精确控制材料之间的反应,将产生金属间化合物的可能性降至最低,以实现异种金属间的可靠连接.     

Cu/Al异种材料真空扩散连接研究

采用真空扩散连接工艺对Cu/Al异种材料进行连接,焊后利用扫描电镜和EDS对焊接接头的微观组织及元素扩散行为进行了研究.在焊接温度为540℃、扩散时间为60 min、焊接压力为5MPa的工艺下,焊接接头最高抗拉强度为185 MPa.     

Al/Cu管异种材料火焰钎焊连接

采用火焰钎焊技术，实现了Al/Cu管异种材料的中温钎焊连接。所采用的改进型的CsF-AlF3钎剂Si粉含量在1％时，钎焊接头的抗裂性能最好。本试验所采用的钎剂具有熔点低、免清洗、无腐蚀、钎剂活性佳和接头抗裂性能好等优点，该技术达到了国内领先水平。     

添加镍颗粒的铝/钛异种材料电阻焊接头力学性能及显微组织分析

使用三相次级整流电阻焊机对LY12铝合金/TC4钛合金进行电阻点焊,并在板材中间添加了镍颗粒. 结果表明,最佳工艺参数为电极压力3.03 kN,预热脉冲焊接电流7.5 kA/10 cyc(1 cyc=0.02 s),焊接脉冲焊接电流12.1 kA/45 cyc,缓冷脉冲焊接电流7.5 kA/10 cyc,接头的最大拉剪力为7.12 kN. 铝合金侧熔核的显微组织为细小的等轴晶,钛合金侧熔核的显微组织为针状马氏体,IMC层由靠近铝合金侧的一层1～2 μm厚的NiAl3和在钛合金/铝合金之间散乱分布着的TiAl3共同构成.     

Cu/Al异种金属钎焊接头的组织与性能研究

使用三种Zn-Al系钎料对Cu/Al异种金属进行感应钎焊试验,研究了Cu/Al异种金属焊接接头的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,相对于Zn-2Al和Zn-2Al-1Ag钎缝,Zn-13Al-5Ag钎缝组织有更多的弥散分布的Al2Cu相;Zn-13Al-5Ag钎焊接头的显微硬度和腐蚀前后的剪切强度最大,Zn-2Al和Zn-2Al-1Ag钎缝的显微硬度相当;Cu母材耐腐蚀性能最好,Al母材耐腐蚀性能最差,而这三种钎缝的耐腐蚀性能从高至低依次为Zn-13Al-5Ag钎缝Zn-2Al-1Ag钎缝Zn-2Al钎缝,其耐腐蚀性能均高于Al母材。     

Mg、Cu合金急冷箔微型储能电阻焊连接特性对比分析

应用自制微型电容储能电阻焊机分别对AZ91D镁合金以及Cu-40％Co(质量分数)合金箔带进行了微型储能电阻点焊连接，获得了组织健全的连接接头。研究发现，AZ91D／AZ91D镁合金、Cu-Co／Cu-Co合金箔带的点焊接头均由熔核，熔核周围的热影响区，以及由熔核向热影响区过渡的半熔化区(熔合线)组成。镁合金接头具有规则的卵形熔核，而铜合金接头则出现扁平状的熔核。选用如下工艺参数，可获得组织致密的点焊接头。镁合金工艺参数为：焊接能量1．5～2．0J、焊接电压80V、电极压力10～20N；铜合金工艺参数为：焊接能量6．0～8．0J，焊接电压80V、电极压力4～8N。     

Cu/Al异种金属连接的研究现状

异种金属接头由于具有优良的性能,因而在许多领域得到广泛的应用,也使得异种金属连接成为当今研究的热点,但铜铝焊接时脆性相的生成,使得铜铝接头的性能很难保证.概述了近年来国内外铜铝异种金属焊接技术的研究现状,针对钎焊和摩擦焊技术做了重点介绍,分析了当前铜铝连接存在的主要困难,对于推动Cu/Al异种金属接头的研究及应用具有重要意义.     

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头界面断裂行为分析

采用TIG电弧的方法实现了钛合金与铝合金熔钎焊连接,分析了不同焊丝形成的熔钎焊接头的界面组织和断裂特征.结果表明,纯铝接头界面为单一的TiAl3相,裂纹主要沿着TiAl3反应层与焊缝之间的界面扩展.拉伸时首先从坡口拐角启裂,当裂纹扩展至接头反面时,断裂扩展形式转变为从焊缝金属撕裂,接头抗拉强度为139MPa.添加Al-Cu-La焊丝的接头界面结构为TiAl3+ Ti2Al20La双化合物层,拉伸时沿TiAl3反应层与钛合金界面开裂,以界面内的微裂纹为裂纹源并向反应层内扩展,属于准解理断裂,接头抗拉强度达270 MPa.稀土La元素作用下形成的双化合物层是提高接头强度的关键.     

Mg/Al异种材料脉冲TIG焊接头的组织结构

采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射(XRD)等测试方法,对用脉冲钨极氩弧焊(EMP-TIG)获得的Mg/Al异种材料焊接接头区的组织结构进行了研究.试验结果表明,用脉冲钨极氩弧焊焊接的Mg/Al接头组织性能良好,焊缝组织形态为细小的树枝状晶,熔合区存在柱状树枝晶、等轴树枝状晶和柱状晶三个明显的结晶过渡区.Mg/Al熔合区附近的显微硬度变化不大,通过控制工艺参数可以获得无明显高硬度脆性相的焊接接头.     

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以C02激光为热源，以A1Si12焊丝为填充材料，对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究，采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征，通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明：所得接头具有熔焊和钎焊双重性质，即铝母材局部熔化，为熔化焊，而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面；钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂，可分为2层，即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层；钎焊界面下部的金属间化合物层较薄；拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上，平均抗拉强度为298．5MPa。     

预置焊丝对Al/Cu异种FSW T-搭接接头组织和性能影响

在FSW过程中,T型接头的内角热输入低、塑性流动差导致其易出现虫洞、隧道、交界线等缺陷,造成应力集中,很难实现具有良好力学性能的Al/Cu异种焊缝。创新性地将圆角处预置焊丝应用于4 mm厚的6061-T6铝合金和纯铜异种FSW T-搭接接头的连接,以期改善T型接头的内角材料塑性流动,获得具有良好力学性能的接头。分析了3种预置焊丝对Al/Cu异种 FSW T-搭接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,保持焊接速度35 mm/min不变,旋转速度在700~800 r/min条件下,3种预置焊丝接头大针搅拌区都表现出“洋葱环”。阶梯状搅拌头有效抑制了大量筋板材料向壁板的迁移,减少了Al/Cu互混。大针搅拌区由于少量Cu颗粒被搅拌,流动路径长,不易形成金属间化合物。Al/Cu形成了有效的冶金结合,其交界面处金属间化合物厚度小于1 μm。预置Cu的Al/Cu T-接头沿壁板方向像同种材料对接接头,呈韧性断裂;预置Al的Al/Cu T-接头改变交界线缺陷走向,筋板方向获得一定高度的Al/Cu混合区,机械互锁结合效果达到最优,断裂多在交界面处,抗拉伸强度达157 MPa,呈混合断裂。预置焊丝是一种适用于Al/Cu异种FSW T-搭接接头焊接的良好方法。     

5A06/T2异种材料搅拌摩擦焊接头的耐蚀性

为了研究Al/Cu异种材料搅拌摩擦焊焊缝的耐腐蚀性能,对4mm的5A06和T2搅拌摩擦焊焊接接头进行了浸泡腐蚀试验。结果表明,焊缝区的耐腐蚀性能比铝合金母材要差,而焊缝铝铜结合过渡区耐腐蚀性能最差,并在该区域产生了腐蚀沟。电子能谱和X射线衍射物相分析结果发现,在过渡区Mg含量比其它区域高,而且有少量Al4Cu9产生,它的自腐蚀电位比铝高,这是导致该区域严重腐蚀的主要原因。     

Cu/Al层厚比对波纹辊轧制Cu/Al复合板变形行为和结合性能的影响

本工作通过抗剪切强度测试、剪切断面显微观察和有限元仿真等手段对不同Cu/Al层厚比下波纹辊轧制（CRB）Cu/Al复合板的金属的变形行为和界面结合性能进行了研究。结果发现，CRB过程中界面处形成了局部强正应力和多个“搓轧区”，促进了复合板的塑性变形和界面结合。增大Cu/Al层厚比可提升Cu层的变形率和波谷界面处的正应力，有利于降低Cu/Al复合板的翘曲程度，并增强界面的整体结合性能。当层厚比从2:10增加到2:4时，界面抗剪切强度从40.39MPa上升到47.24 MPa，但界面抗剪切强度的波动逐渐增大。     

CuAl2相对铜铝钎焊接头组织与性能的影响

采用Zn-Al钎料和自制KAIF<,4>-CsAIF<,4>钎剂配合火焰钎焊方法对紫铜和纯铝进行钎焊,研究了钎料中铝含量变化对钎料铺展性能、钎料组织及钎焊接头力学性能的影响.结果表明,钎料中铝含量质量分数为15%时,钎焊接头力学性能最佳.采用光学显微镜和场发射扫描电子显微镜进一步观察分析钎料组织、铜铝钎焊接头区域显微组...     

A Novel Friction Stir Spot Riveting of Al/Cu Dissimilar Materials

In order to eliminate the disadvantages of the keyhole in conventional friction stir spot welding joint and attain the high-strength lap joint of Al/Cu dissimilar metals,a novel welding technique,named as friction stir spot riveting(FSSR),was proposed.A pinless tool and an extra filling stud were employed.The Al/Cu spot joints without keyhole defect were achieved by the FSSR.A Cu anchor-like structure was formed,which greatly increased the mechanical interlocking between the upper Al sheet and lower Cu sheet.The thin intermetallic compounds containing CuAl2 and CuAl at the Al/Cu interface strength-ened the joining interface between the Al sheet and the Cu stud.Increasing rotating velocity increased frictional heat and plastic deformation and then eliminated the interfacial joining defects.The FSSR joint with the maximum tensile shear load of 3.50 kN was achieved at a rotating velocity of 1800 rpm and a dwell time of 20 s,whose fracture path passed through the softened region of upper Al sheet.In summary,the novel FSSR technique has the advantages of strong mechanical interlock-ing and metallurgical bonding between dissimilar materials,thereby attaining the high-strength spot joint.     

连接压力对管道瞬时液相连接接头组织性能的影响

把锅炉用20钢管在开放式管道瞬时液相扩散焊机上进行连接,采用氩气保护,焊接温度1180℃、保温时间3min、中间层材料选用非晶箔BNi2,通过改变连接压力,研究其对连接接头组织性能的影响.结果表明,当连接压力为4MPa时,所得连接接头的性能良好,满足要求.     

保压腔条件下异种金属摩擦焊顶锻力研究

研究了保压腔条件下异种金属摩擦焊的顶锻过程，运用塑性力学中的上限原理分析了顶锻过程中塑性变形区的速度场和应变场，并导出了能发生顶锻位移的最小顶锻力的理论表达式。同时用实验手段研究了顶锻力与顶锻位移之间的关系，并通过接头性能的考核试验，验证了上述关系理论。     

Cu/Al/Cu层状金属复合材料电子束焊接接头特征

研究了Cu/Al/Cu层状金属复合材料的电子束焊,对焊接接头的表面成形、微观组织、力学性能进行分析。结果表明,采用电子束焊可以实现Cu/Al/Cu层状金属复合材料的有效连接。不同金属层焊缝宽度明显不同,铝层焊缝宽度最大,且铝层金属大量进入顶部和底部的铜层焊缝中。各层母材和焊缝界面均出现了IMCs层,铝层主要是Al2Cu,铜层则主要是AlCu,Al2Cu。在焊缝中心生成大量的块状Al2Cu,均匀分布在α-Al和Al2Cu组成的共晶组织基体中。接头抗拉强度为44 MPa,断口呈现明显的脆性断裂特征,拉伸断裂位置于显微硬度最高的焊缝中心区。创新点： (1)采用Cu/Al/Cu层状金属复合材料代替纯铜在工业领域的应用。(2)采用电子束焊接技术实现Cu/Al/Cu三明治结构层状金属复合材料的焊接。     

Cu/Al固液连接界面组织演化的定量分析

采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明：从Cu侧至Al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al2Cu)混合组织,过共晶组织 [Al2Cu+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织 [α-Al+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ;随着界面Cu浓度的变化,Al2Cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。     

辅助电流对Cu/Al大功率超声波焊接的影响

为获得更高质量的Cu/Al异质金属接头,开展了Cu/Al电流辅助大功率超声波焊接工艺试验,研究了辅助电流对Cu/Al超声波焊接的界面温度、材料塑性流动、界面中间相(IMC)分布及接头力学性能的影响。结果表明,复合焊件成型良好,其接头抗拉剪力为3030N,接头的断裂模式为韧性-脆性复合断裂。在同样的焊接时间0.2s内,随着电流的增大,Cu/Al界面温度增加,金属塑性流动以及界面扩散也随之增强,这说明辅助电流能明显促进界面冶金;相比长时间0.4 s的超声波焊接,辅助电流能在保证界面温度、材料塑性变形的前提下,能明显减薄界面IMC层的厚度,这是电流增强Cu/Al接头的主要物理机制。研究结果为优化Cu/Al复合焊接头强度提供了参考。