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。     

转速对铝铜层状复合板搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接(FSW)对铝铜层状复合板进行焊接,研究转速对焊接接头组织性能的影响。结果表明:FSW接头在焊缝区域内铝铜金属呈层状分布;随着搅拌头转速的增大,焊核区(NZ)中铝与铜晶粒尺寸增大;转速为1180 r/min时,铝层焊缝中心区域平均显微硬度为33.0 HV,超过母材显微硬度,抗拉强度为127.21 MPa;转速为750 r/min时,铜层焊缝中心区域平均显微硬度为99.7 HV,达到母材显微硬度的82.05%;孔洞缺陷是造成接头力学性能较低的主要原因。     

搅拌头转速对6061和7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

为发挥异种铝合金不同的性能优势、提高航空材料性能,选用6061-T6铝合金和7075铝合金进行搅拌摩擦焊试验。在预热时间为20 s、倾角为2.5°、下压量为0.1 mm、焊接速度为100 mm/min的焊接参数下,对转速值为800、1 000、1 200、1 500 r/min的焊接接头的焊缝成型、力学性能、显微组织进行检测。结果表明：当转速为1 200 r/min时,焊缝表面成型最好,拉伸性能最佳为255 MPa,达到了母材6061-T6铝合金的89.5%;同时,前进侧产生的热量高于后退侧,将熔点高的金属置于前进侧较为合适。通过本文的试验参数可以得到较好的6061-T6和7075异种铝合金焊接接头性能。     

铝/铜异种金属搭接无倾角微搅拌摩擦焊接工艺特性

以0.5mm厚6061铝合金和2mm厚T2紫铜搭接接头为研究对象,开展了无倾角微搅拌摩擦焊接试验,通过对搅拌工具材料选择、焊缝成形、接头性能分析,研究了其焊接工艺特性。试验结果表明,相比热作模具钢,采用高速工具钢制成的搅拌工具有更长的使用寿命。对于铝/铜搭接接头,无倾角微搅拌摩擦焊接能获得成形良好的焊缝,并且其工艺窗口宽泛,接头的力学性能良好,其承载能力能够达到铝合金母材的95%以上,但是当焊接速度为200mm/min时,主轴转速一旦超过25000r/min,焊缝表面将会出现沟槽缺陷。     

A356-T6/6061-T6异种铝合金搅拌摩擦焊的工艺研究

通过对6 mm厚的A356-T6/6061-T6异种铝合金的搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM、万能拉伸试验机、显微硬度仪等分析了母材位置、焊接速度对接头组织和性能的影响。研究结果表明:当旋转速度为1 000 r/min、焊接速度为100~400 mm/min时,均可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;A356-T6铝合金置于前进侧时有利于材料的迁移,焊缝区组织由典型的焊核区、热机械影响区和热影响区特征组织组成,焊核区域晶粒由表层向底层逐渐细化;接头拉伸性能随焊接速度的增加而增大;焊接速度较低时,A356合金位于前进侧有利于获得强度更高的接头,而焊接速度较高时,6061位于前进侧有利于获得高性能接头,且接头的屈服强度和延伸率均较A356位于前进侧时高;无论A356还是6061置于前进侧,接头的断裂位置均位于A356侧热影响区,与母材放置位置无关,这与焊缝硬度最小值区位置相吻合。     

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。     

01420铝锂合金的搅拌摩擦焊接

对2 mm厚的01420铝锂合金薄板实现了搅拌摩擦焊接(FSW),分析焊接接头的微观组织形态,研究焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接接头成型和接头性能的影响,并与氩弧焊接接头性能相比较.结果表明,当工艺参数选取得当时,焊缝成型较好,表面光洁,焊接接头的强度可达到母材强度的77%,接头的弯曲角可达到180°,均高于氩弧焊接接头.     

超声喷丸强化搅拌摩擦焊接接头性能

采用超声喷丸焊后处理工艺分别对7075-T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接接头进行了处理,并与其原始状态进行了疲劳对比试验。对比疲劳性能试验结果证明该处理技术可用于提高7075-T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接焊接接头试件的疲劳性能。     

激光焊接ZL114A/5A06 异种铝合金接头组织及性能

采用激光焊接ZL114A/5A06异种铝合金,通过参数优化以获得性能优良的焊接接头,利用光学显微镜(OM)、拉力试验机、高温疲劳试验机、SEM和EDS对接头的显微组织、力学性能和拉伸断口进行了研究。结果表明:焊缝中心区的金相组织为等轴晶;接头焊后不经热处理,抗拉强度可达到265 MPa,为母材强度的80%以上,并有很好的抗疲劳性能;断口分析显示断裂位置在ZL114A母材一侧的熔合线附近;在保证焊透的前提下,激光功率越小,晶粒越细小,接头强度越高。对框架蒙皮结构铝合金贮箱产品试验件进行了焊接,试验件达到了产品各项性能指标要求。     

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。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

2219 铝合金VPTIG 焊接接头拉伸性能分析

2219 铝合金气孔敏感性较强,变极性TIG 焊接工艺可以有效减少和抑制气孔产生,是适合于
2219 铝合金的焊接工艺。本文介绍了2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头的拉伸性能,进行了拉伸断口形貌分析
和微观组织分析。结果表明:2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头强度系数可以达到65% 以上,焊接接头为混合
断裂方式,VPTIG 焊缝盖面层气孔相比打底层较多。     

异种金属材料磁脉冲焊接技术

通过对磁脉冲焊接技术结合机理的阐述,采用5A03Al-5A06Al、1050Al-AZ31Mg异种金属材料进行焊接试验.对所得的焊接接头进行气密性试验和剥离试验,检测其结合质量;结合光学显微镜,对比分析Al-Al、Al-Mg焊接接头的微观形貌特点;并采用SEM/EDS分析界面附近的元素分布;最后通过硬度试验,检测接头界...     

铝合金中厚板变极性等离子电弧焊（VPPA）焊接工艺的研究

目前我国宇航工业中大量的铝合金构件主要采用交流钨极精惰性气体保护焊，用这种方法焊接铝合金不可避免地要产生气孔等焊接缺陷。     

铝合金ZL114A的激光焊接工艺

主要研究了铝合金ZL114A的激光焊接工艺特性.首先对其可焊性进行了摸索,然后探讨了激光焊接工艺参数对焊缝熔深、焊缝宽度以及接头组织和力学性能的影响.结果表明,选择适当的激光焊接工艺参数,如：激光功率、焊接速度、离焦量、保护气体流量等,可以获得高质量的焊缝.组织观察发现,焊缝组织致密、晶粒细小,接头强度可以满足使用要求.     

基于形状改变比能和材料属性离散的焊接残余应力估算

为了提高焊接残余应力测量精度,在2219-T87铝合金TIG焊接接头残余应力测定试验基础上,通过离散接头材料属性并利用形状改变比能对焊接残余应力进行塑性修正,分别研究孔边塑性变形和接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。结果表明：同时考虑孔边塑性变形和接头强度不匹配因素的焊接残余应力估算方法,比线弹性残余应力计算方法能最大减小39.8%的误差;当测量点距焊缝距离小于8mm时,在考虑孔边塑性变形的情况下,同时考虑接头不匹配的影响相比不考虑其影响可最大减小40.6%的误差;当测量点距焊缝距离大于8mm时,可忽略接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。     

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。     

Hot-cracking susceptibility and shear fracture behavior of dissimilar Ti6Al4V/AA6060 alloys in pulsed Nd:YAG laser welding

Laser welding of dissimilar titanium/aluminum alloys has been employed at an increasing rate, particularly in the aerospace industry, owing to its advantages in terms of current design flexibility and fuel/cost savings. The major problem with dissimilar Ti/Al welds arises from the difference in the thermal expansion and contraction of the two metals, which leads to hot-cracking susceptibility and the mitigation of the mechanical property after welding. In the present study, pulsed Nd:YAG laser welding of Ti6Al4V and AA6060 has been addressed. Hot-cracking susceptibility in the heat affected zone and the shear fracture behavior of the lap joints were investigated through microstructural characterization and mechanical tests. The results indicate that the hot cracking tendency can be reduced by increasing the pulse peak power (7.5–8.5 kW) and the laser point diameter (0.8–1.0 mm) with specific pulse duration and overlap. An alternative control strategy for less hot cracks in the Ti/Al lap joint can be to increase the weld width and decrease the cooling rate during solidification. The shear fracture of the Ti/Al lap joint is likely to occur along the lower side path of the weld interface with decreasing weld surface collapsed amount and increasing aluminum base metal melt depth.