铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

铝/镁异种合金焊接研究现状

镁合金和铝合金由于其轻质高强的特性在航空航天领域中被广泛应用,然而铝/镁异种合金的焊接却是一个极具挑战性的任务,因为铝/镁物理化学性质存在显著差异,易形成的脆性Al–Mg金属间化合物严重影响接头强度。本文从焊接方法角度讨论了目前铝/镁异种合金焊接研究现状,包括激光焊、TIG焊、搅拌摩擦焊、超声波焊、磁脉冲焊和一些其他的焊接方法;归纳了国内外为提高铝/镁异种合金焊接的综合力学性能做出的各种努力,具体包括采用固态焊接、加中间层、优化焊接工艺参数和复合焊接等来抑制镁铝金属间化合物的生成与长大。最后对铝/镁焊接的研究趋势进行了总结和展望。     

Zr对Ti3Al基金属间化合物TLP扩散焊接头组织性能的影响

采用TiZrNiCu非晶态箔状钎料过渡液相(TLP)扩散连接Ti3Al基金属问化合物,通过对接头的力学性能及微观结构的分析,研究了中间层合金TiZrNiCu中Zr元素对Ti3Al基金属间化合物,TLP扩散连接接头组织和性能的影响规律和机理.结果表明,在连接工艺相同条件下,随着中间层合金中添加元素Zr含量减小,Ti3Al基TLP扩散焊接头强度增大;通过延长后续扩散处理时间,可以减小Zr元素对接头组织性能的不利影响.     

Ti和Ti／Ni／Ti连接钨与铜及其合金的界面结合机制与接头强度

采用热 力学模拟试验机Gleeble1500D作加热设备,用Ti片和Ti箔 Ni片 Ti箔复合中间层扩散连接钨与铜及铜合金CuCrZr。结果表明,当用Ti片连接钨与铜,连接温度下Ti与Cu反应但未转化成液相时,则反应层由具有一定脆性的多层化合物组成,接头强度偏低;当Ti片通过共晶反应转化成液相且大部分液相被挤出连接区时,接头强度显著提高,最高达220MPa。用Ti Ni Ti复合中间层连接钨与CuCrZr时,结合界面是通过Ti分别与Ni、W及Cu相互扩散并反应生成多层化合物和固溶体而形成的;与Ti片连接钨与铜的接头形成相似,连接过程中Ti箔未转化成液相时接头强度偏低,Ti箔转化成液相时接头强度明显提高。     

原位合成Al2O3/Ti-Al复合材料的研究

利用氧对金属Ti、Al粉的部分氧化，原位合成了Al2O3／Ti-Al复合材料，通过XRD和SEM手段，发现Al2O3分布在Ti—Al基体交界处，在一些制得的复合材料中出现了大量原位生成的纤维。借助差热分析，对该制备过程的反应机理进行了初步探讨，研究认为该制备过程的反应步骤为：Ti、Al金属粉表面氧化→铝的熔化→TiAl，的生成→Ti2Al、TiAl、Ti，Al等多种化合物生成和Al对TiO2的还原反应。原始组成中铝含量决定了复合材料的主要晶相组成，铝含量不足时，生成Ti2Al、TiAl、Ti3Al等多种金属间化合物和氧化铝；铝含量足够时，最终的产物为TiAl3、金属铝以及氧化铝等相。     

利用金属间化合物增强陶瓷钎焊接头强度

研究了Ag-Cu-Ti/加Ti/N i/Ti复合层钎焊S i3N4陶瓷的接头组织与性能。结果表明,钎缝中形成了以金属间化合物为高熔点相和Ag-Cu作为基体的组织。对界面反应层的观察表明,反应层分为两层结构。保温时间、连接温度、Ti箔和N i箔厚度及Ag-Cu-Ti钎料厚度均能影响接头组织和强度。在本实验范围内,其它参数一定的条件下,分别在30m in,970℃,Ti箔30μm和N i箔60μm及Ag-Cu-Ti片150μm时取得了最大强度值。     

AZ31 Mg/5A05 Al脉冲冷弧MIG焊接头焊缝组织特性

采用SAl5183焊丝对AZ31 Mg/5A05 Al异质对接接头进行脉冲冷弧MIG焊接,采用扫描电子显微镜、X射线衍射及万能力学试验机等对接头微观组织及拉伸力学性能进行研究。结果表明,采用脉冲冷弧MIG焊可以实现AZ31Mg/5A05 Al异质接头的无裂纹焊接。镁侧焊缝由镁母材至焊缝中部依次形成了α–Mg胞状晶、α–Mg+Al₁₂Mg₁₇羽状共晶、Al₁₂Mg₁₇树枝晶、Al₁₂Mg₁₇+Al₃Mg₂共析组织、颗粒状α–Al+Al₃Mg₂共晶和岛状α–Al+晶间Al₃Mg₂共晶等复杂结构;中部焊缝及铝侧焊缝主要为α–Al固溶体。焊缝的显微硬度分布不均匀,其中镁侧焊缝存在Mg–Al金属间化合物,显微硬度较高。在拉伸测试中,接头断裂于镁侧焊缝中,呈脆性断裂,最高抗拉强度可达93 MPa。     

SHS法反应合成Al3Ti/Al复合材料的研究

通过将5Al-Ti体系混合粉末预制块在一定温度下预热,原位制备出Al3Ti/Al复合材料,并探讨了其生成机理和影响因素.研究发现:Al粉和Ti粉混合预热生成Al3Ti是由Al粉的熔化诱导;在高于热爆起始温度下预热时,Al3Ti直接以热爆反应机制生成;在低于热爆起始温度下预热时,Al3Ti按扩散-热爆反应机制生成.预热温度、Ti粉粒度及冷却速度是影响材料组织性能的关键因素.通过适当工艺制备出具有性能优异的Al3Ti/Al复合材料,其硬度是铝基体的3.6倍,耐磨性高.     

Ti/Al无针搅拌摩擦搭接点焊接头组织特征

采用无针搅拌摩擦搭接点焊对Ti6Al4V钛合金和2A12铝合金异种金属进行焊接,焊后低熔点铝合金受摩擦热影响发生熔化,而高熔点钛合金在焊接过程中始终保持固态,同时与处于液态的铝合金相互作用,最终Ti/Al界面形成熔钎焊接头且接头拉伸剪切力达19.20 kN。研究了Ti/Al熔钎焊接头钛合金和铝合金的组织变化以及连接界面的特征形貌。结果表明由于摩擦热及搅拌头下压的影响,焊点处钛合金和铝合金组织发生明显变化。钛侧主要形成热力影响区和母材区;铝侧形成熔核区、热影响区和母材区3个区域,热影响区和熔核区的晶粒尺寸相对母材区变粗大,其组织经历了受热长大、部分熔化到完全熔化3个过程。在搭接接头界面处形成均匀致密且微薄的金属间化合物层,主要成分为TiAl₃;接头界面区组织变化明显,中间部位有均匀的TiAl₃界面层,随着向接头两边延伸界面层逐渐消失且Cu元素聚集在边缘。相对其他Ti/Al搭接点焊的焊接方法,无针搅拌摩擦搭接点焊获得的接头抗拉伸剪切力得到了明显的提升。     

采用Ti-Zr-Cu-Ni真空钎焊Ti_3Al/Ti_3Al和Ti_3Al/GH536接头组织及性能

采用Ti-Zr-Cu-Ni在960℃/1min、960℃/10min和960℃/60min三种规范下真空钎焊Ti3Al/Ti3Al,在960℃/5min和960℃/20min两种规范下真空钎焊Ti3Al/GH536。实验结果表明,随着保温时间的延长,Ti3Al/Ti3Al接头宽度逐渐增加,且剪切强度呈现递增趋势,递增幅度在10MPa左右,接头主要由Ti3Al,NiTi2,CuTi3等化合物相组成,其中NiTi2,CuTi3等脆性化合物的分布对接头性能影响较大;在Ti3Al/GH536接头中由于Fe-Ti,Ni-Ti等脆性化合物分布相对较多,导致出现纵向裂纹,960℃/5min规范下的平均剪切强度为86.4MPa。     

Ti_2AlNb合金的钎焊试验研究

采用箔带状Ti-15Cu-15Ni钎料合金对Ti2Al Nb合金开展钎焊试验研究。随着钎焊温度的升高,钎料合金在基体材料上的润湿角逐渐减小,直至965℃完全润湿基体材料。当钎焊工艺为975℃/10min时,钎焊接头室温抗拉强度可达855MPa,达到基体强度的80%。钎焊界面为冶金结合界面,未见焊接缺陷,界面中心存在10μm宽的钎料元素富集区。该工艺条件下,Ti2Al Nb合金的室温拉伸断口为脆性解理断口,钎料元素富集区处产生了大量的二次裂纹。研究结果为Ti2Al Nb合金钎焊构件的制造技术提供了理论基础。     

NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接头裂纹研究

NiTiNb/TC4异种材料激光焊时,焊接接头的裂纹敏感性很强,在较小激光功率时,焊缝就出现了裂纹,通过改变激光功率无法消除接头裂纹。通过填加Ti丝来调节接头中Ti的含量来减小Ti2Ni的生成,从而控制接头裂纹的生成。研究表明,当加入Ti丝后,在不同激光功率下,接头成形良好,焊缝中存在微细裂纹;在NiTiNb侧存在宽10μm的Ti2Ni过渡区,TC4侧结合良好;当激光频率为3Hz、激光脉宽为4.5ms、激光平均功率为13.6W时,接头最大抗拉强度达447MPa。     

钢/铝异种合金激光深熔钎焊与深熔焊工艺研究进展

近年来激光深熔焊接技术在异种合金的高效、优质连接中的应用受到了研究人员的广泛关注。依据钢/铝异种合金接头界面反应过程中钢母材是否熔化,分别从激光深熔钎焊和激光深熔焊接两个角度来论述钢/铝异种合金激光深熔焊接工艺的研究进展。在激光深熔钎焊方面,从不同形式的激光热源形式来讨论钢/铝异种合金的国内外研究现状;在激光深熔焊接方面,按照接头的形式不同来分析钢/铝异种合金激光深熔焊接的国内外研究进展。最后,提出了钢/铝异种接头激光深熔焊接技术研究的重要方向。     

以Ti/V/Cu、V/Cu为中间层的TiAl合金

用真空扩散连接方法对TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢及TiAl/V/Cu/40Cr钢进行了研究。结果表明,以Ti/V/Cu作中间层的接头拉伸强度高于以V/Cu作中间层的接头强度。界面分析显示,Ti/V、V/Cu、Cu/40Cr钢的各个结合界面处未形成金属间化合物,而TiAl/Ti的结合界面上有Ti3Al产生;在TiAl/V的界面上有Ti3Al、Al3V两种金属间化合物产生;界面上脆性金属间化合物的产生是接头发生断裂的原因。     

铌合金与不锈钢异种金属焊接技术研究进展

铌与不锈钢作为重要的结构材料,在航空航天领域得到广泛应用。然而,二者焊接时容易生成脆性金属间化合物且接头内部焊接残余应力大,容易引发接头开裂。本文针对铌合金与不锈钢焊接的研究现状,综述了目前铌与不锈钢主要连接方式：爆炸焊、钎焊和熔焊等。爆炸焊和钎焊虽然能够抑制焊接裂纹,但爆炸焊接复杂的焊接工艺和钎焊较低的接头强度难以满足铌/不锈钢复合结构的应用需求。熔化焊接接头残余应力大,焊缝内部存在较多脆性Nb-Fe金属间化合物,导致接头力学性能较低。针对上述问题对铌合金与不锈钢熔化焊接进行了展望：开展有限元模拟工作指导焊接工艺优化,向焊缝中引入第3组元改善铌与不锈钢的焊接性并探索合理的热处理工艺提高接头强度。     

Al-TiO2-C系原位合成铝基复合材料高温拉伸性能及断裂机理

讨论了Al-TiO2-C反应系原位反应合成铝基复合材料的常温和高温拉伸性能及其断裂机理.当C/TiO2摩尔比为0时,增强相由α-Al2O3和Al3Ti组成,随C/TiO2摩尔比的增加,Al3Ti逐渐减少,在C/TiO2摩尔比为1时,Al3Ti基本消失.室温抗拉强度和延伸率随C/TiO2摩尔比的增加而同步提高,分别由250.4 MPa和4.0%上升到350.8 MPa和6.0%.SEM观察发现有的Al3Ti自身解理开裂,并在四周形成较大韧窝,拉伸时裂纹核可在Al3Ti棒中和基体中α-Al2O3的聚集处形成,并分别在棒的解理面和基体中扩展引起断裂.高温时,热错配应力促使裂纹核先于基体在Al3Ti棒与基体的界面萌生扩展,Al3Ti从基体中脱离,断口出现洞坑,C/TiO2摩尔比为1的复合材料在727K时,拉伸强度降为93.3MPa,延伸率升为11.0%.     

铝钛异种合金电子束焊接接头组织与界面分析

采用真空电子束技术获得了7075铝合金和TC4钛合金异种接头。分别通过金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测仪器观察了焊接接头的宏观形貌、微观组织特征和元素分布情况,同时分析了过渡层中金属间化合物的形成过程及其影响因素。试验结果表明:熔合区铝合金侧微观组织以柱状晶、等轴晶组织为主,还有少量的细晶组织,钛合金侧会析出呈针状或片层状的α相和α'相。由于Ti Al3的自由能最小,在铝焊缝和钛焊缝的界面生成的金属间化合物主要成分为TiAl3,元素扩散不充分导致少量的Ti Al、TiAl2等中间相生成,且随着热输入量的增加,金属间化合物层逐渐变厚,但化合物种类不变。试验结果为铝钛异种合金焊接界面研究提供了借鉴参考。     

激光选区熔化用AlSi10Mg粉末显微组织与性能

采用超音速气体雾化制备Al Si10Mg粉末,粉末经分级后通过激光选区熔化制成试块。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究粉末和试块的微观组织、组成相及演变情况,通过拉伸实验测试试块的室温拉伸性能。结果表明,Al Si10Mg粉末粒径分布符合激光选区熔化工艺要求,粉末呈球形或类球形。粉末组织细小均匀,主要由α(Al)基体和(α+Si)共晶组成。试块熔池形貌清晰可见,组织均匀、致密,其致密度达到99.5%;该组织中仅存在α(Al)和极少量Si相,几乎所有合金元素均固溶于Al基体中。经室温拉伸性能测试,试块的抗拉强度达到了442 MPa。     

AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析

采用激光-MIC复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接.利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等,并检测了接头区域硬度和接头强度.试验结果表明:采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝,无明显的缺陷;焊缝热影响最大宽度位于激光区,约为100μm,焊缝组织为15～25μm的等轴晶粒;相比于母材,焊缝区的镁元素出现烧损,铝和锰元素的比例有一定增加;焊缝区主要为Mg,Al和少量的MgO相.焊接接头硬度值较均匀;焊缝抗拉强度达到222MPa,断口形貌为混合断裂断口.     

TiAl合金与42CrMo扩散钎焊的界面组织及形成机理

使用真空扩散钎焊方法对870℃下TiAl/B-Ag72Cu/42CrMo进行了连接,利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针成分线分析及成分定量分析等方法研究了TiAl/B-Ag72Cu/42CrMo扩散钎焊接头组织及接头反应层的形成机理.界面分析显示,B-Ag72Cu/42CrMo的界面未形成金属间化合物,而TiAl/B-Ag72Cu的界面上有Ti(Cu,Al)2金属间化合物产生.分析了连接接头金属间化合物的形成和长大机制,钎焊接头金属间化合物的形成和长大机制,分为等温凝固和冷却凝固两个阶段.元素的扩散是控制接头形成的主要因素.连接界面金属间化合物的形成和长大主要有钎料的熔化、沿晶界优先扩散、等温凝固、柱状和蘑菇状长大及纵向长大几个过程.