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。     

添加钛箔镁/铝异种金属激光焊接研究

提出镁上/铝下搭接、镁/铝层间添加Ti箔的激光焊接技术,对AZ31镁合金和6061铝合金进行焊接,研究钛箔–激光作用下镁/铝接头的组织与性能。结果表明,在激光焊接工艺条件下,添加Ti箔可实现镁/铝有效连接,镁/铝接头的剪切强度（线强度）达到58 N/mm,熔池形貌由未添加Ti箔时的“V”型转变成添加Ti箔时的“酒杯状”。随着Ti箔厚度的增加,镁/铝接头的熔池深度增加,靠近铝侧基体的Ti箔部分熔化,Ti元素分布在熔池内部,生成Ti3Al化合物;添加Ti箔抑制镁液和铝液直接接触,避免Mg、Al反应生成脆性Mg/Al化合物,添加Ti箔起到一定的阻隔效果,但Ti箔的导热系数较低,离激光热源较远,Ti箔熔化不完全,Ti箔与母材基体的结合有待提高。     

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。     

工艺参数对TiNi合金/TC4钛合金超声波焊焊接接头形貌和力学性能的影响研究

采用超声波焊对镍和纯铝作为过渡中间层材料的Ti Ni记忆合金和TC4钛合金异种材料进行焊接,研究了不同工艺参数对TiNi/TC4异种金属焊接接头形貌和力学性能的影响规律。结果表明,Al中间层接头界面附近材料的塑性变形程度要远大于Ni中间层接头中的塑性变形,并且有大量的Al被挤出界面。焊接时间和压力对焊接接头的抗拉剪力有明显影响,接头的抗拉剪力随着焊接时间和焊接压力的增加先增大后减小。超声波焊接过程还会改变焊缝区材料的显微硬度,平行于结合面方向,焊核位置相比于未焊接的母材硬度有小幅度的增加,垂直于结合面方向,越接近结合界面,材料的硬度越高,但两者的增幅一般不超过10%。     

钢/铝异种金属点焊研究进展综述

钢/铝异种金属的复合结构具有轻量化兼具良好结构性能的优势，在航空、航天和汽车制造领域具有极大的应用前景。点焊是制造这种结构的重要技术手段。但是，钢/铝异种金属在焊接过程中会产生脆性金属间化合物，传统的电阻点焊连接钢/铝异种金属面临着巨大的挑战。对钢/铝异种金属的点焊技术的研究进展进行了广泛的调研，着重对电阻点焊技术、电阻铆焊技术、CMT点焊技术、超声波点焊技术和摩擦塞-铆复合点焊技术等技术的研究进展进行了系统比较与分析，并对钢/铝异种金属点焊技术发展趋势进行了展望。     

钛/铜电子束偏置焊接模拟及力学性能研究

本文研究了TC4钛合金和T2紫铜的电子束焊接模拟及接头力学性能规律。通过采用组合偏置的焊接方式,即铜侧偏置焊接完成后再在钛侧复合焊接,两道焊缝相近但不交接,该工艺方法能够大幅提升接头的拉伸强度。为了探索该过程的热力行为规律,采用有限元法对温度场云图、变形及应力分布进行了分析,并结合微观形态演变及力学性能对接头增强机制进行了阐述。复合钛侧焊接能够对原铜侧焊接的异种界面进行重熔改性,同时改善其应力集中状态。拉伸断口表明,接头为脆性解理断裂,断裂面的相组成由铜侧焊接的TiCu转化为Ti_2Cu,脆性减弱。     

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。     

TA2/Ni+Nb中间层/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的组织与性能

采用50μm纯Ni箔+10μm纯Nb箔复合中间层,在焊接温度840℃,880℃和920℃,压力4MPa以及保温时间60min的工艺下,对工业纯钛TA2和1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了真空扩散焊实验,测试了接头的抗拉强度,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的组织结构、元素分布以及断口形貌和相组成进行了分析。结果表明:Ni+Nb复合中间层的存在成功阻止了Fe,Ti互扩散,实现了TA2与1Cr18Ni9Ti的可靠连接,接头的拉伸强度达到261MPa,该强度主要受剩余Ni箔控制,且焊接温度的变化对其影响不大。接头所生成反应层自不锈钢一侧起分别为FeCrNi固溶体、剩余Ni,Ni3Nb,剩余Nb以及TiNb魏氏体。     

Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金激光焊接组织性能研究

研究激光焊接对2.5mm厚Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,激光焊接可得到表面成型良好、内部无气孔裂纹的接头。Ti-22Al-27Nb侧热影响区O相和α_2相逐渐转变为B2相。TC4侧热影响区由α'马氏体和初始α相构成。焊缝区由B2相和α'马氏体构成。Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金激光焊接接头平均拉伸强度为1043MPa,接近Ti-22A1-27Nb母材的强度。焊接接头平均延伸率为5.65%,为Ti-22Al-27Nb母材的49%。拉伸断裂位置均位于焊缝区域,断口形貌为韧窝花样。     

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。     

Influence of welding parameters on microstructure and mechanical properties of electron beam welded Ti60 to GH3128 joint with a Cu interlayer

Effects of welding parameters on the microstructure and mechanical properties of Ti/Cu/Ni joint welded by electron beam were investigated. High welding heat input increased the melting quantity of Ti60 titanium alloy and promoted the formation of Ti–Cu intermetallic compounds (IMC) such as Ti₂Cu and Ti₃Cu₄, increasing the brittleness of the joints. Low welding heat input was not conducive to the complete melting of the copper interlayer, and the unmelted copper reduced the performance of the joints. Under the optimal welding parameters, Ti–Ni IMCs in the weld would be replaced by (Cu, Ni) solid solutions ((Cu, Ni)_ss). However, Ti–Cu IMC layers cannot be eliminated entirely by changing the welding parameters. The maximum tensile strength of the joints was 201 MPa. The fracture of the joints occurred at the Ti–Cu IMC layer, which was a typical brittle fracture.     

SPS温度对铜/镍粉/304不锈钢接头组织与剪切强度的影响

采用脉冲放电等离子烧结(SPS)制备了添加镍粉中间层的铜/304不锈钢接头,研究了焊接温度对接头组织及力学性能的影响。结果表明,以镍粉为中间层,可以实现铜与304不锈钢的扩散焊接。铜/镍界面处铜、镍互扩散形成铜/镍界面扩散层,镍/304不锈钢界面处镍、铁互扩散形成镍/铁界面扩散层,铜/镍扩散层厚度大于镍/铁扩散层厚度。在焊接压力为10 MPa、焊接温度为900℃时,铜/304不锈钢接头剪切强度最佳,为98 MPa。铜/304不锈钢接头断口形貌呈韧窝状,断裂均在镍中间层处,接头连接强度受制于镍中间层本身的强度。     

激光点焊工艺参数对止推箔片轴承接头组织与性能的影响

止推箔片轴承是航空陀螺仪中的重要支撑元件,为了提高支承面的耐磨性及耐腐蚀性,通常会在支承面涂覆特氟龙涂层,该涂层的添加给后续的制造工艺带来不确定性。研究激光点焊工艺参数对止推箔片轴承接头组织与性能的影响,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪、超声检测等分析方法,对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊点表面直径随脉冲功率的增加而增大,而抗拉剪力随热输入量的增加先增大后减小;激光点焊制造的优化工艺参数为脉冲功率百分比22%、脉冲宽度5.0ms,抗拉剪力达最大值63.0N;超声波浸液检测能够精确测定搭接界面的尺寸,但抗拉剪力与界面尺寸不完全成正比关系,接头的抗拉剪力主要与接头的断裂机制有关。     

LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究

铝合金与不锈钢物理化学性能较大的差异使两者采用常规焊接技术较难实现连接。本文采用惯性摩擦焊接技术进行了LF6铝合金与不锈钢异种金属连接,分析研究了接头的微观组织及拉伸力学性能。研究结果表明,LF6铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接过程中,相对不锈钢一侧,LF6铝合金一侧发生了较大的塑性变形,飞边主要由LF6铝合金摩擦挤压而成;微观组织显示LF6铝合金一侧分为细晶区、拉长晶区和母材区,细晶区中呈现为细小等轴晶状组织,拉长晶区为摩擦剪应力作用下的板条状拉伸组织。EDX分析表明,在摩擦热和顶锻力的作用下,焊接界面存在明显的浓度梯度,形成了数微米的扩散反应层;力学断口断裂于铝合金一侧受力薄弱区。     

Fe含量对2219铝合金锻件焊接组织与性能的影响

为研究杂质Fe元素对2219铝合金及其焊接接头的组织、性能以及电化学腐蚀性能等的影响,采用力学拉伸、焊接试验以及金相和扫描电镜等分析测试方法,对0.15%(w)至0.01%(w)等不同Fe元素含量的2219铝合金锻件进行实验研究和分析。研究表明:2219铝合金中经热变形加工存在网络状Al_2Cu变成颗粒状和纤维状的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相,随着Fe含量由0.15%(w)降低至0.01%(w),合金固溶时效后的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相显著减少,锻件强度和塑性显著提高;合金焊接接头断口由脆性断裂逐渐转变为韧窝尺寸细小的韧性断裂,尤其对于延伸率,提高至近1.4倍,强度和塑性显著提高;合金的自腐蚀电流逐渐减小,单位面积上的线性极化电阻增大,合金焊接接头的耐腐蚀性能显著提高。     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织与性能

针对航空发动机钛合金整体叶盘的典型材料TC11和TC17开展对异种钛合金线性摩擦焊的研究,其中包括飞边形貌、接头组织及拉伸性能等.研究结果表明:TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊沿振动方向的飞边较长;焊接接头明显分为3个区域:母材、热机械影响区和焊缝区,其中TC11母材为双态组织、TC17母材为网篮组织、热机械影响区的组织沿着受力方向被拉长,焊缝发生了动态再结晶,组织为等轴晶.拉伸测试结果表明:接头的抗拉强度及屈服强度能达到与TC11等强,拉伸试样均断在TC11母材一侧,随着测试温度提高,强度呈线性下降趋势;而断面收缩率均超过TC17母材,随着测试温度提高,变化不明显.     

Effect of adding Nb foil on joint properties of laser fusion welding for TC4 titanium and 7075 aluminum alloy

It is difficult to gain effective Ti-Al fusion welding joints due to their differences in thermal properties and the appearance of brittle Ti-Al Intermetallic Compounds (IMCs). The experiments of laser fusion welding for TC4 titanium and 7075 aluminum alloy were carried out, temperature field and ductility/brittleness, as well as chemical potential of elements, were calculated, and the effect of adding Nb foil on mechanical properties of the weld was also investigated. The results suggested that Nb atoms tend to diffuse toward Al side, which is conducive to the participation of Nb in the metallurgical reaction and contributes to forming the Ti-Nb-Al IMC layer at the interface. As the thickness of Nb foil increases, the tensile-shear force of joint climbs first but then declines, and reaches the highest value of 1663 N with 0.10 mm-thickness Nb foil, representing 58.38% enhancement compared with the non-added one. Adding Nb foil slows down the heat transfer as a blocker, and thus both the melting amount of Al and the mixing area of Ti and Al decrease. In addition, Nb alloying reduces the brittleness of the Ti-Al compound. Hence, the joint properties of titanium/aluminum are improved with the addition of Nb foil.     

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。     

2524与7150铝合金激光焊T型接头的组织与性能

介绍了2524与7150铝合金激光焊T型接头优化的工艺参数,并研究了T型接头在优化工艺下的显微组织与力学性能,进行金相分析、显微硬度测试与接头拉伸试验。结果表明:优化工艺下焊缝没有裂纹、气孔,金相组织晶粒细小、致密,焊缝区域的硬度最低;T型接头x方向的拉伸强度达到384 MPa,z方向的拉伸强度为236 MPa。     

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。