ZrO2陶瓷与钛合金非晶钎焊

由于陶瓷的线膨胀系数与金属的线膨胀系数相差很大,因此在通过焊接连接陶瓷与金属时,热作用势必会在接头区域会产生幅值较大的残余应力,进而降低接头的力学性能,严重时甚至会导致连接陶瓷接头的断裂。这使得陶瓷与金属的连接是一个广受关注但又未能得到很好解决的科学问题。采用非晶钎料实现ZrO2陶瓷与Ti-6Al-4V合金的钎焊连接,研究焊接工艺参数对接头的组织与性能的影响。结果表明接头界面组织结构为ZrO2陶瓷/Cu2Ti4O+(Ti,Zr)2Cu/TiO+Ti2O/CuTi2+(Ti,Zr)2Cu/ CuTi2/Ti-6Al-4V合金。钎焊温度、保温时间和冷却速度对界面组织结构有最大的影响,主要体现在反应层的厚度和脆性(Ti,Zr)2Cu相的变化。接头的剪切强度随钎焊温度、加热时间和冷却速度的增加而降低。最佳工艺参数为焊温度1 173 K,保温时间10 min,冷却速度5 K/min,其钎焊接头剪切强度可以达到165 MPa。     

ZrO2电解质陶瓷与Al的阳极键合连接机理分析

在一定连接工艺参数下,进行ZrO2电解质陶瓷与Al的阳极键合工艺试验,并在万能电子材料试验机上对ZrO2电解质陶瓷与Al的阳极键合连接接头进行剪切强度试验.采用扫描电镜、超轻元素能谱仪及X射线衍射仪分析连接界面微观组织、成分分布、界面相结构及剪切断口.试验结果表明,ZrO2的表面活化处理提高了ZrO2/Al的连接性,结合界面在阳极键合条件下形成高的氧离子迁移率及静电场力是促进结合的主要因素;过渡区ZrO2-SiO2-Al2O3 的多界面固相反应是结合形成的主要原因;ZrO2/Al接头的剪切断裂位置位于ZrO2与过渡区的结合界面,启裂区位于ZrO2的近界面区,扩展并终断于Al与过渡区界面;终断区断口形貌表明Al/过渡区界面具有较高的接合质量.     

超声诱导瞬间液相焊焊接以Ag-28Cu为中间层的过共晶Al-Si合金

在大气环境中,应用超声诱导瞬间液相焊的方法,焊接以Ag-28Cu为中间层的Al-50Si合金。研究了超声振动时间、焊接温度对接头微观结构演变和Si颗粒迁移的影响。分析了Si颗粒增强的完全固溶体接头的快速形成过程。阐述了剪切强度与超声振动时间和接头组织之间的关系。在520℃焊接温度下,超声振动仅3s,接头发生了界面冶金结合。超声振动15s时,获得了Si颗粒增强的完全固溶体接头。焊接温度对Ag、Cu和Al之间的相互扩散产生影响。随着温度的增加,原子扩散加快。由于超声在固-液体介质中的效应,使得基体金属与中间层表面的氧化膜得到快速破除,基体金属与中间层产生元素扩散。当扩散达到一定浓度时,基体金属与中间层发生冶金反应,形成Al-Ag-Cu三元共晶液相,并且Si颗粒迁移进三元共晶液相中。随着超声振动时间延长,在超声振动、压力作用下,三元共晶合金减少,直至完全消失,剩余的Al(Ag,Cu)固溶体保留在焊缝中,焊缝闭合,获得了Si颗粒增强的完全固溶体接头。Si颗粒的迁移和三元共晶合金的挤出影响接头的剪切强度。剪切强度随超声振动时间的延长而增加。超声振动15s的剪切试样,其断裂发生在基体金属侧,属于韧性断裂,接头剪切强度最高,达到约123MPa。     

保温时间对TLP扩散焊焊接TA2纯钛接头组织和性能的影响

以Cu-Ni-Sn-P非晶合金作为中间层材料,采用瞬时液相(TLP)扩散焊焊接了TA2工业纯钛,研究了保温时间对接头组织和性能的影响。结果表明:该接头结合处由残留中间层、等温凝固层和界面扩散层组成,随着保温时间的延长,残留中间层厚度减小,界面扩散层宽度增大,当保温5min后,接头处基本由羽毛状界面扩散区组成,宽度为25μm;接头剪切强度随保温时间的延长先增后降,保温时间为3min时达到最大,约180MPa,剪切断裂方式为脆性+塑性混合型断裂。     

工艺参数对6061-T6铝合金真空扩散焊接接头形貌和性能的影响

在不同工艺参数下对化学清洗去除表面氧化膜的6061-T6铝合金进行真空扩散焊接,研究了焊接温度(500~560℃)、焊接压力(1.0~5.0MPa)和保温时间(0.5~3h)对焊接接头界面形貌和剪切强度的影响,得到了优化工艺参数。结果表明:随着焊接温度的升高、焊接压力的增大和保温时间的延长,接头焊缝变窄并最终消失,剪切强度和焊合率增大;但当保温时间延长到3h时,焊缝附近晶粒发生粗化,导致剪切强度降低,且接头发生较大变形;不同工艺参数下接头的剪切断裂形式均为脆性断裂;较优的真空扩散焊接工艺参数为焊接温度540℃、保温时间2h、焊接压力4.0MPa。     

CuO辅助Ag_(72)Cu_(28)共晶钎料在大气环境中实现Al_2O_3陶瓷钎焊的界面反应

采用CuO辅助Ag_(72)Cu_(28)共晶钎料的方法,在大气环境中实现了Al_2O_3陶瓷的钎焊,研究了钎焊接头的剪切强度、微观形貌以及界面反应产物和界面反应机理。结果表明:该方法可以得到结合良好的Al_2O_3陶瓷接头;在钎焊温度为1 050℃、保温时间为10min、CuO质量分数为10%的条件下进行钎焊时,接头的剪切强度最高,为39.04 MPa;在钎焊过程中,由于陶瓷表面CuO的存在使熔融铜向陶瓷表面富集并发生反应,从而实现钎料的润湿和铺展;在钎焊接头中可见清晰的界面过渡层,界面反应产物主要为CuAl_2O_4及CuAlO_2相。     

Ti-6Al-4V钛合金板与304L不锈钢网的扩散焊

分别在800℃、825℃、850℃焊接温度、30 m in保温时间,3 MPa焊接压力下,进行Ti-6A l-4V钛合金板与304L不锈钢网的真空扩散焊接。对接头组织结构与化学元素扩散进行了扫描电镜与能谱分析,并测试了接头的剪切强度。结果表明:不添加中间过渡层金属,可以成功地实现钛合金板与不锈钢网的扩散焊接,并使接头的剪切强度达到90 MPa以上。不锈钢网中的Fe、N、iCr扩散并固溶到钛合金中,稳定了β相,使钛合金在一定深度上,其组织由原来的α+β双相结构转变为单相的β相。不锈钢中的Cr,由于钛合金中Ti的扩散进入,而在界面发生了上坡扩散现象。这种Cr在不锈钢一定深度内的富集,形成窄长的富Cr区域,冷却后转变为硬脆的σ相。但在焊接接头中没有发现明显其它的金属间化合物或氧化物相的生成,使得接头的机械性能得到了很好的保证。     

等离子堆敷铜-钢异种金属焊接接头性能及结合机理研究

利用光学显微镜观察铜-钢异种金属堆敷接头的显微结构及显微组织构成。对异种金属接头进行剪切强度测试,采用扫描电镜对脉冲等离子弧铜-钢异种金属堆敷接头结合机理进行研究。光学微观金相研究表明：铜-钢异种金属堆敷接头界面平整光洁,接头界面清晰可见,无气孔、裂纹等缺陷,实现了无熔深焊接;距堆敷接头界面28μm外的铜侧没有铁的偏析和渗透现象,故不存在堆敷接头的脆化现象。力学性能试验表明,堆敷接头界面剪切强度大于纯铜的剪切强度。扫描电镜测试表明,铁向铜中的扩散较铜向铁中的扩散明显,室温时在堆敷接头界面扩散过渡区内,形成了铜、铁的过饱和α＋ε固溶体,从而实现了冶金结合。     

Al_2O_3陶瓷与Q235钢的活性钎焊

采用二元Cu-Ti活性钎料连接氧化铝陶瓷与Q235钢,研究了反应温度、保温时间等钎焊工艺对接头组织与接头强度的影响,分析了接头的微观组织和界面产物。试验结果表明,界面分为3层结构,即液态钎料填充陶瓷微孔形成的反应层、合金钎料层、钢侧扩散层。XRD分析结果表明,界面产物为Cu3Ti3O、TiFe、TiFe2和Cu基固溶体。钎焊温度1050℃,保温时间30min时,接头抗剪强度达到99.3MPa。     

SiCf/SiC复合材料与镍基高温合金钎焊接头的组织及性能

针对新型耐高温复合材料(SiCf/SiC)的加工性差的问题,采用AuCuTi/Mo/AuCuTi复合钎料对其与镍基高温合金进行钎焊研究.通过探究不同温度下的接头力学性能及组织演变规律,对界面反应和应力缓释机理进行分析.在1 050℃C/10 min的工艺参数下,接头室温剪切强度最高达到79 MPa.接头典型的界面结构为GH536/(Ni,Cr,Mo,Fe)+TiNi3+Ti2Ni+AuCuI/TiNi3+Ti2Ni+TiNi+AuCuI/σ/Mo/Mo4.8Si3C0.6/Ti5Si3Cx/Ti5Si3Cx+TiC+AuCuI/Ti3SiC2/SiCf/SiC.当温度较低时,界面反应程度较低,因此陶瓷/钎料异质界面难以形成连续的Ti5Si3Cx+TiC连接层;而当钎焊温度增加到1 050℃C时,异质界面处开始形成厚度约为3 μm的Ti3SiC2,从而实现有效地连接.当温度继续升高到1 100℃时,Cr元素在Mo箔中的扩散程度增加,并在陶瓷/钎料异质界面处发生富集.而此时过厚的界面反应层(10 μm)则是引起接头剪切降低的主要原因.使用该钎焊体系有助于阻碍母材之间的剧烈反应以及缓解接头的热应力,在一定程度上改善了 SiCf/SiC在实际应用中的加工困难问题.     

铝合金与不锈钢热补偿电阻点焊接头性能研究

采用热补偿工艺垫片电阻点焊法对铝合金A5052与不锈钢SUS304异种材料进行了焊接。探讨了焊接参数对接头的抗剪与抗拉性能的影响,并通过电子显微镜对接合界面区进行了观察,分析了界面反应物形貌及厚度分布等微观特性。研究结果显示：一锯齿状反应层在接合界面生成,其厚度随焊接电流以及界面上位置的变化而变化,界面反应层对接头抗剪强度无影响,但能减弱接头抗拉强度。     

Investigation on overlap joining of AZ61 magnesium alloy: laser welding, adhesive bonding, and laser weld bonding

This paper presents the research on weldability of magnesium alloy AZ61 sheets by overlap laser welding, adhesive bonding, and laser seam weld bonding processes. Microstructures and mechanical properties of the joints are investigated. In overlap laser welding, the joint fractures at the interface between the sheets and maximum shear strength can reach 85% of that of the base metal. Off-center moment during tensile shear test can lead to the strength loss, while the weld edge can also influence the strength as a cracking source. Adhesive bonded joint can offer high tensile shear failure force but low peel strength. Laser weld bonded joint offers higher tensile shear failure force than either laser welded joint or adhesive bonded joint does, and the improved failure load is due to combined contribution of the weld seam and the adhesive. The weld seam can block the adhesive crack propagation, and the adhesive improves the stress distribution, so they can offer a synergistic effect.     

Mg/Al合金爆炸焊连接及其界面接合机制

采用爆炸焊接技术制备以AZ31B镁合金为基板,以6061铝合金为覆板的AZ31B/6061合金的层状复合板。对复合板界面的宏观形貌、微观组织、界面元素扩散行为及界面接合性能进行测试、分析。结果表明:AZ31B/6061合金爆炸复合板接合界面呈波状接合;靠近接合界面处的塑性变形程度最大,以孪晶和再结晶形式为主;在AZ31B一侧靠近界面处出现与界面呈45°的绝热剪切带组织,带内为动态再结晶形成的细晶粒组织;接合界面两侧的显微硬度分布为:随着距离接合界面的增大,AZ31B和6061侧的显微硬度值递减趋势;复合板的拉-剪试验结果表明,界面接合强度达193.3 MPa;复合板界面接合机制为压力焊、扩散焊及局部熔化焊综合作用的结果。     

Investigation of the effect of diffusion bonding parameters on microstructure and mechanical properties of 7075 aluminium alloy

In the present study, diffusion bonding of aluminium alloy (AA7075) sheet materials which are used especially in the automobile and aerospace industry has been investigated at temperatures of 425 and 450 °C and pressures of 2 and 3 MPa for 180 min in argon atmosphere. The microstructural and mechanical properties of bonding have been characterized with different welding parameters such as bonding temperature and pressure. The microstructure was characterized by light optical microscope, scanning electron microscope and energy dispersive spectroscopy, while the mechanical properties were determined by tensile-shear tests and microhardness tests. The results obtained are discussed from both the microstructural and mechanical points of view. It was observed in the microstructural investigations that the interfacial oxide layer decreased with increasing of the bonding temperature and pressure. The maximum shear strength was found to be 131 MPa for the Al 7075 sample bonded at 450 °C and 3 MPa for 180 min. It is shown that in certain extent, the bonding temperature and bonding pressure have great effect on the joint shear strength. With the increasing of bonding temperature and pressure, the shear strength of the joints increases due to diffusion of atoms in the interface. The strength achieved after bonding were dependent on interface grain boundary migration and on grain growth during the bonding process. The maximum hardness value of the Al 7075 sample bonded at 450 °C, 3 MPa for 180 min is 92.5 HV_0.2. Increasing hardness with increasing temperature can be attributed to the formation of metallic bond at high temperatures and pressures.     

轴向拉力对铝合金拉拔式摩擦塞焊接头组织及力学性能的影响

拉拔式摩擦塞补焊是一种固相连接技术,具有接头强度高,焊后残余应力和变形小等优点,在航天领域具有潜在的应用前景。研究轴向拉力对2A70铝合金拉拔式摩擦塞焊焊接成形及接头性能的影响,并分析焊接缺陷、微观组织及断口形貌特征。结果表明,轴向拉力在20~30 kN范围内能够得到良好的焊缝成形;轴向拉力为20 kN时,结合界面存在未焊合缺陷;轴向拉力提高至22 kN及以上,未焊合缺陷完全消除;轴向拉力提高至28~30 kN时,塞棒与母材形成完好的冶金结合,焊接接头的抗拉强度可达到376 MPa,接头系数为83.6%。当轴向拉力较低时（22~25 kN）,结合界面上易出现弱结合缺陷,微观特征为沿结合界面断续分布的微孔,可导致接头抗拉强度和断后伸长率下降;焊接接头中,塞棒侧热影响区硬度值最低,分析表明该区域的晶粒形态和尺寸未发生明显变化,但θ'相部分溶解,θ相发生粗化,导致局部强度下降;断口形貌显示,在优化参数下断口呈现韧性特征。研究结果可为铝合金拉拔式摩擦塞补焊工艺及机理分析提供借鉴和参考价值。     

双相钢/铝合金激光胶接焊胶层作用分析

通过双相钢/铝合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示钢上、铝下搭接激光胶接焊时胶层作用。对焊接过程进行等离子体形貌同步拍摄和焊接光谱采集并分析,与激光焊接比较,发现激光胶接焊时等离子体的颜色明亮,形态密度大,与试样板材表面呈一定角度,胶层分解产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况,等离子体对激光能量的吸收减少;而光谱相对强度和光致等离子体电子密度增加,胶层的存在增加试件对激光的吸收率;焊接成形试验发现胶层可起增加焊接熔深和熔宽的作用;剪切试验结果表明胶层提高焊接接头的平均抗剪强度。由于添加胶层加快上层双相钢冷却速度,增加下层铝合金对激光能量的吸收,导致下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,而熔宽两侧熔融态Al体积分数增多,焊接熔宽加大,增加钢、铝横向结合面积,提高焊合率,此外剪切力的外加载荷由焊缝和胶层共同承担,因此添加胶层改善了钢/铝焊接接头的力学性能。     

Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接,研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征;未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe2Al5和粗大针状相Fe4Al13组成,厚度约18μm,添加Al-Cu合金片后由舌状相(Fe,Cu)2Al5和细小絮状相(Fe,Cu)4Al13组成,厚度约为9μm,焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似;添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59HV;添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%,未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。     

TP304H不锈钢管的瞬时液相扩散焊技术

采用瞬时液相扩散焊(TLP)连接技术进行了TP304H不锈钢管的焊接,分析了不同焊接温度对接头组织、成分和力学性能的影响。结果表明：焊接温度对接头组织、成分和性能具有显著的影响,随着温度的升高,接头区元素分布均匀,焊缝界限消失,晶粒跨界面连续生长,接头强度和塑性达到母材水平。TLP焊接技术具有优质、快速和高自动化的特点,因此在管道焊接方面具有广泛的应用前景。