镁-铝异种金属冷金属过渡连接焊接性分析

通过CMT(Cold Metal Transfer)冷金属过渡焊接的工艺对镁(AZ31B)-铝(6061)异种金属焊接性进行了研究,试验中选用AZ61,4043焊丝、采用热镀锌钢板HDG60作为过渡金属,分别用于镁-钢、铝-钢侧焊接,选取合适的焊接工艺参数,使其间接实现了镁-铝异种金属连接的目的。研究得出:使用这种方法可以形成镁-钢熔钎焊焊接接头,铝-钢熔钎焊焊接接头组成的复合接头;同时冷金属过渡焊接可以通过保持较低焊接热输入从而降低界面反应层的厚度;而且镀锌钢板中间过渡层的使用也避免了镁-铝直接焊接时形成的脆性金属间化合物,如Al_3Mg_2,Mg_(17)Al_(12)等。采用该方法连接的镁-铝异种金属焊接接头的抗拉强度超过180 MPa,并且有较好的断后伸长率,相比铝镁异种金属CMT直接焊接,性能得到很大的改善,因此使用镀锌钢板中间过渡层的使用实现铝镁异种金属之间的连接是一种行之有效的方法。     

超声辅助铝/钛搅拌摩擦搭接接头的成形和组织

借助超声波辅助的方法对铝/钛异种合金进行搅拌摩擦搭接,研究超声波作用对接头的成形和组织的影响. 结果表明,当超声波施加在铝板时,接头的钩状缺陷较高,且会出现孔洞缺陷;当超声施加在钛板时,接头无缺陷. 超声振动能够增大铝/钛界面扩散层的厚度,对接头性能的提高起到一定的促进作用. 当搅拌头转速为300 r/min时,界面扩散层厚度较薄;当搅拌头转速升高至500 r/min时,界面生成一层厚度约为1 μm的金属间化合物. 超声辅助焊接可明显提高接头的断裂载荷.     

焊接能量对Mg/Ti超声波焊接接头微观组织与力学性能的影响

采用超声波焊接技术对Mg/Ti异种金属进行了焊接,研究了不同焊接能量对接头界面峰值温度、界面形貌、界面原子扩散程度以及力学性能的影响规律。研究发现:Mg/Ti超声波焊接接头整体界面较平直,局部界面有较小起伏,未发现裂纹、未熔合等缺陷,也未看到明显的反应层;随着焊接能量的增大,界面峰值温度升高,原子扩散层厚度增大,连接区面积逐渐增大,接头力学性能得到提高,而能量达到2000J时镁侧母材出现裂纹;接头断裂模式分为界面断裂和纽扣断裂,界面断裂时断裂发生在镁侧扩散层区域和镁侧非扩散层区域。扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析表明,Mg/Ti连接界面区域无明显的金属间化合物生成。     

铝和不锈钢摩擦焊接界面组织与性能研究

针对6061铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢异种金属焊接,采用连续旋转摩擦焊接实现铝钢异种材料焊接,并采用SEM、EDS进行组织分析和性能测试。试验结果表明:在旋转速率为600 r/min、顶锻压力为4.5 MPa,顶锻时间为2 s等工艺参数条件下,铝/钢摩擦焊接头结合紧密,界面呈现波纹状;接头抗拉强度可达252 MPa,且拉伸断裂位置发生在铝侧;铝/钢异种材料接头的结合界面两边互有元素扩散,形成厚度小于2μm的金属间化合物层;其显微硬度在界面处发生阶跃变化,且形成金属间化合物的界面处硬度最高达230 HV。     

基于Ti中间层的AZ31镁合金/6061铝合金电阻点焊研究

通过添加钛箔中间层,研究了镁/铝合金异种金属电阻搭接接头的微观组织与力学性能。研究结果表明,添加0.2mm厚度钛箔中间层可以大幅提高镁/铝异种金属电阻点焊接头的结合强度,接头的最大拉剪力随焊接电流的增大先增大后减小;当焊接电流为14kA时,最大拉剪力达到最大为2.2kN。铝钛界面处有TiAl₃生成,接头断裂在镁侧热影响区上,经过换算接头的剪切强度能够达到156MPa。通过SEM和EDS分析,添加钛中间层阻断了镁合金和铝合金的相互扩散,钛中间层阻碍了Mg-Al金属间化合物的生成,从而大大提高接头的结合强度。     

中间层Zn对Mg-Al异种金属焊接的影响

对镁铝异种金属进行扩散焊接,分别研究了直接焊接和加Zn中间层焊接。通过SEM、EDS、XRD和万能试验机对焊接接头进行结构和性能表征。结果表明,Mg-Al直接焊接时主要生成了Al3Mg2和Al12Mg17金属间化合物相,接头剪切强度随保温时间增加先增加后减小,焊接温度440℃、保温时间100 min时,Mg-Al焊接接头剪切强度达到26.1 MPa。Mg-Zn-Al焊接接头避免了Mg-Al系金属间化合物的生成,界面主要由Mg-Zn共晶层、MgZn化合物层和Al-Zn固溶层组成,接头剪切强度达到38.5 MPa。     

Al/Ni异种金属超声波点动焊接工艺及界面组织分析

对1060铝合金和N4镍合金异种金属进行了超声波点动焊接,优化了焊接工艺,分析了接头界面组织,焊接接头组织微观形貌和力学性能.结果表明,超声波焊接能够实现1060铝合金和N4镍合金异种金属的有效连接,能够得到韧性和强度都很高的焊接接头;确定了铝镍异种金属超声波焊接的焊接工艺参数为焊接压力25.2~36.0 MPa,焊接时间75~85 ms;当焊接压力为32.4 MPa,焊接时间为85 ms时,抗剪强度超过铝侧母材.焊接接头界面的XRD和EDS分析结果表明,接头界面存在由Al,Ni两种元素互扩散而形成的2 μm厚的反应扩散层.     

镁合金与铝合金的夹层扩散焊连接

采用锌夹层在356℃温度下对镁铝异种金属进行扩散焊连接,并对接头的微观组织和力学性能进行分析.结果表明,利用镁与锌原子互扩散形成低熔点共晶液相区,能够实现镁铝材料的可靠连接.镁铝焊接接头界面区由铝锌反应层、未充分扩散锌层、锌镁反应扩散层组成.铝基体侧铝锌反应层是固溶体层,镁基体一侧锌镁反应扩散层主要是过饱和的固溶体基体及弥散析出的中间相,该区的中间相成分为Mg2Zn11及MgZn2.锌夹层的加入可有效阻止镁铝之间的互扩散.锌夹层镁铝扩散焊接头抗剪强度远超过镁铝直接真空扩散焊接头的抗剪强度.断口观察及相分析表明,接头失效发生在锌镁反应扩散层.     

铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状

根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题,铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面上形成以Fe-Al IMCs为标志的冶金结合,并使IMCs层厚度均匀化。最终指明,研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为,对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具有重要意义,也是铝/钢异种金属焊接结构性能保证的理论基础。     

镁/铝异种金属填充式摩擦点焊接头特性

采用填充式摩擦点焊技术对镁/铝异种金属进行工艺试验,并对点焊接头的力学性能和微观组织进行分析.结果表明,当采用合理的搭接接头设计和工艺参数进行镁/铝异种金属摩擦点焊时,可获得表面平整、抗剪切能力强的焊点,其焊点剪切力可达1865 N.组织分析发现,在焊核与镁母材之间的竖直界面处易出现少量的孔洞、微裂纹等缺陷,接头的断裂正发生在该区;而在镁/铝之间的水平界面结合良好,存在一定厚度的界面层组织,且该界面层组织的硬度要比两侧母材的硬度明显高很多,这与摩擦点焊过程中脆硬相的金属间化合物的形成有关.     

转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对4 mm厚6061-T6铝合金和纯铜进行连接,研究转速对铝铜异种金属接头组织与力学性能的影响。结果表明,当焊接速度为30 mm/min、搅拌头转速在1 200~1 800 r/min的范围内,可以获得表面成形良好、无缺陷的铝铜异种金属接头。大量破碎的铜被搅入焊核区,形成了组织结构复杂的区域。通过EDS和XRD分析,在焊核区内发现了Al_2Cu、Al_4Cu_9和Al Cu金属间化合物。在界面处,铝和铜发生相互扩散形成金属间化合物层,随着转速的提高,化合物层逐渐变厚。由于晶粒细化、固溶强化作用以及金属间化合物的生成,异种接头的焊核区平均显微硬度值高于铝铜两侧平均硬度,并且在焊核区出现硬度峰值点。随着转速的增加,接头抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,所得最优接头抗拉强度为183 MPa,达到铜母材的71.8%,断裂位置位于铝侧热影响区,断裂方式为韧性断裂。     

铝/钢异种金属的焊接工艺与组织性能研究

以6008-T66铝合金板/H220YD钢板异种金属为研究对象,研究了焊接时间对异种金属焊接接头显微组织和力学性能的影响,并分析了焊接时间的作用机理。结果表明,当焊接时间从50 ms增加至400 ms过程中,铝/钢焊接接头中6008-T66铝合金板侧的压痕深度缓慢增加,而熔核直径逐渐增大,铝/钢焊接接头中心界面处的金属间化合物层的厚度呈现逐渐增加的趋势;铝/钢焊接接头的拉剪力随着焊接时间的增加呈现先增加而后减小的趋势,在焊接时间为300 ms时取得最大值;除了焊接时间为300 ms时,铝/钢焊接接头的拉剪试样以钮扣断裂方式失效外,其余焊接时间下的拉剪试样都断裂在结合面处。     

汽车用铝合金/钢扩散焊接试验研究

用真空扩散焊接方法焊接铝合金和不锈钢。采用物相分析仪、描电镜、显微硬度计和万能试验机等对焊接接头结构和性能进行了分析。结果表明,通过扩散焊接能实现铝合金和不锈钢的焊接,获得的焊接接头界面结合良好。随着焊接温度升高,扩散层厚度增加,焊接温度550℃时扩散层出现裂纹。铝合金和钢界面处生成了高硬度相,主要为Fe2Al5和Fe4Al13金属间化合物。铝/钢焊接接头剪切强度随焊接温度增加呈先增加后减小的趋势,焊接温度500℃,保温时间3 h,得到接头剪切强度最大值为54 MPa,断裂方式为解理断裂。     

铝-镁合金磁脉冲焊接界面形貌研究

采用不同的焊接工艺参数对1060铝合金与AZ31镁合金进行磁脉冲焊接试验。结合铝-铝界面形貌,对比探讨磁脉冲铝-镁异种金属焊接接头界面波特征。通过SEM/EDS、纳米压痕试验,着重研究界面"熔化区"的产生机理、分布特点以及此区域的硬度变化。试验结果表明:界面呈不规则的波状结合方式,嵌入镁层的界面波远大于铝层;在"熔化区"会生成脆硬的第二相,此相分布在Al基一侧。通过调整适当的焊接工艺参数可避免此"熔化区"产生。     

镁铝异种金属激光-TIG复合热源焊焊接性分析

采用激光-TIG复合热源和TIG焊接异种金属镁和铝，利用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电镜研究镁和铝焊接接头的微观组织、元素分布。结果表明，TIG焊接镁和铝形成连续的金属间化合物层，导致镁和铝接触的界面开裂，不能实现有效的连接。激光-TIG复合热源由于其焊接速度高和对熔池的快速搅拌作用，使镁和铝形成的金属间化合物由连续的层状变成弥散的状态，改善了异种金属镁和铝的焊接性。镁和铝激光-TIG复合热源焊接的焊缝成形均匀，美观。     

镁铝异种材料TIG焊接接头扩散行为分析

利用现代分析测试手段分别研究了TIG焊直接焊接镁铝和镀锡焊接镁铝的焊缝熔合区形貌,并对其进行了元素扩散行为的分析及比较。结果表明镁铝直接焊接时,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mg17,Al126和β—AlMg金属间化合物,造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接,采用熔焊一钎焊连接方法,中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用,过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,并且尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁元素向铝母材中扩散。锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用。     

异种金属和镀层金属的焊接

镁铝异种材料T1G焊接接头扩散行为分析；镁-铝异种金属激光-T1G复合热源焊焊接性分析；16MnR低合金钢与BFe30-1-1异种材料的焊接；待焊表面组织对异种钢超塑性焊接的影响。     

2024铝合金与T2紫铜的搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

针对板厚均为3 mm的2024铝合金和T2紫铜异种金属进行了搅拌摩擦焊接。采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对接头组织和铝-铜界面进行观察分析,并进行了显微硬度和拉伸性能测试。结果表明,接头表面成形优异,无宏观缺陷,焊核区形成了明显的洋葱环结构,洋葱环由层片状铝和颗粒形式分布的铜组成;在铝-铜界面形成了一层厚度约0. 98μm的金属间化合物层。在转速为800 r/min、焊接速度为50 mm/min的焊接参数下得到了力学性能优异的接头,接头平均抗拉强度为158 MPa,强度与母材铜相当,平均断后伸长率为10%,为母材铝的87%,拉伸断裂于铜侧母材,断裂方式为韧性断裂。     

焊接线能量对汽车用镁-铝MIG焊接接头组织和性能的影响

采用MIG填丝焊实现镁-铝异种金属的焊接,通过金相显微镜、扫描电镜、万能试验机和显微硬度计等手段对焊接接头进行结构和性能表征。结果表明,镁-铝MIG焊接线能量较低时,其焊接接头熔宽较小,焊透性较差;线能量较大时,出现焊穿现象,氧化严重。随着焊接线能量增加,镁-铝MIG焊接头气孔数量和尺寸增加,接头拉伸强度先增加后减小,焊接线能量为45 k J/m时,拉伸强度达到最大值70.32 MPa。镁-铝异种金属MIG焊接头镁侧界面区显微硬度值最高,达到230 HV。     

铝-钢堆焊-搅拌摩擦复合焊接头特性分析

针对铝-钢异种金属焊接缺陷多、效率低等问题,提出一种堆焊-搅拌摩擦复合焊接方法,即采用旁路分流电弧焊先在钢板上堆敷铝合金,再采用搅拌摩擦焊进行铝合金堆敷层和铝合金母材的搭接焊,得到在铝-铝界面呈现典型搅拌摩擦焊“洋葱圆环”状结合的铝-铝-钢复合过渡接头. 针对典型焊缝进行铝-钢异种金属接头的组织结构分析.结果表明,搅拌摩擦焊可以有效消除铝合金堆敷层中存在的气孔等缺陷,并实现金属界面层的减薄. 对铝钢结合界面进行EDS扫描,在堆敷铝合金侧可以观察到呈树枝状的Fe相扩散和呈网状的不均匀Si相扩散,结合XRD(X-ray diffraction)分析其主要成分为Al₅Fe₂Zn_0.4和Al₇Fe₃Si_0.3. 对接头试样进行拉伸试验,拉伸接头断裂在铝合金母材处,达到铝合金母材强度的100%,符合接头应用的力学指标.