基于SSTFT与KSVD的异种材料FSW在线监测

异种材料轻量化结构是航空航天、铁路、汽车等领域的关键技术和研究热点之一,搅拌摩擦焊(FSW)是连接异种材料的有效方法,由于异种材料物理和化学性质的不同,容易在焊接过程中产生缺陷.针对铝合金与碳纤维增强热塑性塑料(CFRTP)搅拌摩擦焊(FSW)缺陷监测提出了基于同步压缩短时傅立叶变换与K-奇异值分解(SSTFT-KSVD)在线监测方法.使用声发射(AE)信号实时监测FSW状态,利用同步压缩短时傅立叶变换(SSTFT)提取时频域特征,最后通过K-奇异值分解(KSVD)模型对焊接状态与焊接缺陷进行了分类.结果表明,AE信号频率成分集中在10 kHz,17 kHz,23 kHz和25 kHz 4个频段,熔核塌陷和表面擦伤缺陷发生时,23 kHz频段的功率分别转移到10 kHz,而表面擦伤发生时,25 kHz频段的功率转移到17 kHz.在缺陷预测方面,KSVD预测模型的平均准确率达到90%,响应时间达到10 ms量级,比神经网络快100倍.基于SSTFT-KSVD在线监测方法可以实现对Al-CFRTP异种材料的FSW快速监测.

铝/镁异种材料搅拌摩擦焊工艺参数优化及组织特征分析

利用光学显微镜和电子背散射衍射仪研究1060铝/AZ31B镁异种材料搅拌摩擦焊接头的组织特征,并采用Box-Behnken方法建立响应面模型,对焊接工艺参数偏置量ρ、转速ω、焊速v进行优化。结果表明:热输入过高或过低时,接头焊核区的铝、镁两种材料混合不充分,甚至会产生孔洞;搅拌针偏置量会影响受搅拌的铝和镁材料的体积,当搅拌针偏置时铝和镁材料体积不均匀,也会导致焊核区的铝和镁混合不充分。通过分析响应面模型,结果显示焊速对接头抗拉强度影响最大,优化的工艺参数为ρ=0 mm、ω=1200 r/min、v=150 mm/min,此时接头的抗拉强度较高,其预测值为95.7 MPa。在该焊接工艺参数下,接头焊核区无缺陷且材料混合充分,组织呈现出良好的机械互锁特征,且焊核区因发生动态再结晶,得到均匀细小的组织,接头的实测抗拉强度为96.1 MPa,与响应面模型预测值基本吻合。

铝-钢异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头界面连接机制与力学性能研究

以5754铝合金与DC04钢为研究对象,进行了铝板在上的回填式搅拌摩擦点焊试验,研究了搅拌套下扎深度对铝-钢界面微观组织特征与接头力学性能的影响。结果表明,当搅拌套未扎入下层钢板时,冶金结合为铝-钢界面的主要连接机制。当搅拌套扎入下层钢板时,铝-钢界面同时发生机械咬合与冶金结合,其中,机械咬合主要发生在搅拌套作用区。通过工艺优化得出最优工艺参数为:转速2000 r/min、焊速0.5 mm/s,搅拌套下扎深度1.45 mm,此时接头最大拉剪失效载荷达5105 N。

异种材料不锈钢和铝合金焊接技术分析及应用

不锈钢和铝合金作为两种常用的金属材料,由于其特殊的物理和化学性质,在工程和制造领域中得到了广泛的应用。然而,由于两种材料的性质差异,其焊接技术一直是一个具有挑战性的问题。对不锈钢和铝合金焊接技术进行深入分析,并探讨其在工程实践中的应用,以期为相关行业的工程师和研究人员提供有益的参考和借鉴。

激光焊接工艺对铜铝异种材料焊缝成形及力学性能的影响

文章对激光焊接工艺参数对铜铝异种材料焊缝成形及力学性能的影响展开分析,首先对激光焊接工艺参数的基本情况进行阐述,再通过试验的方式,分析工艺参数的合理性。试验主要从焊接速度、激光功率两方面分析其对焊接接头的影响。结果显示激光功率为1100W时,焊接接头剪切力达到最大值;焊接功率比焊接速度对焊缝熔宽和熔深的影响更大。

船用LNG液罐9Ni钢与不锈钢异种材料焊接工艺

针对船用LNG液罐用SA553 TypeⅠ(9Ni)和SA 240 316L异种材料焊接,结合两种材料的焊接性能,制定了相应的焊接工艺,并进行了焊接工艺评定试验。试验结果表明:采用制定的焊接工艺获得的焊接接头力学性能满足标准及规范要求;对焊接接头进行了金相组织分析,发现采用含Ni量高的ENiCrMo-6焊条,焊缝组织主要以奥氏体为主,可有效降低焊缝中脆性相的析出,具有良好的低温冲击性能。焊接工艺评定结果验证了焊接工艺的可靠性。

异种材料真空电子束焊接研究现状分析

真空电子束焊接具有高能量密度、束斑直径和位置精确可控,焊接残余应力小,焊缝无污染等优点,因此,电子束焊接在异种材料连接领域的应用成为近年来研究的热点,并取得了大量的研究成果,部分已经在工业生产中得到了应用.由于电子束焊接属于熔化焊接,因此在异种金属连接中也存在冶金过程带来的困难.文中对异种材料的真空电子束焊接的研究现状进行了分析,对不同类型的异种材料接头真空电子束焊接中存在的问题和解决方法进行了总结,并提出了今后异种材料真空电子束焊接的研究重点.

Mg/Al异种材料真空扩散焊界面区域的显微组织

采用真空扩散焊技术对Mg/Al异种材料进行了焊接。采用金相显微镜、扫描电镜 (SEM)、显微硬度计及X射线衍射 (XRD)对扩散界面附近的显微组织及性能进行了试验研究。试验结果表明 ,Mg/Al异种材料真空扩散焊在加热温度Tp=4 5 0～ 4 90℃ ,压力强度P =0 .0 8～ 0 .10MPa ,保温时间t=4 0～ 6 0min时能得到良好的扩散焊接头。扩散焊界面过渡区形成了致密的新相化合物层 ,断口形貌呈粗糙暗灰色 ,以解理断裂为主并伴有脆性的混合型断口 ,扩散界面过渡区生成了MgAl、Mg3 Al2 、Mg2 Al3

新能源电动汽车异种材料连接技术的挑战、趋势和进展

多材料混合结构在车身上的应用可以实现汽车安全性、轻量化水平的共同提升,也是如今新能源汽车工业发展的一个主要方向。先进高强钢(Advanced high strength steel,AHSS)、铝合金、工程塑料以及碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)等作为轻质高强材料的代表已广泛应用于白车身、覆盖件以及复杂结构件的制造中。

Fe_3Al/Q235异种材料扩散焊界面相结构分析

采用X射线衍射、透射电镜和电子衍射技术对Fe3 Al/Q2 35真空扩散焊界面附近的微观相结构进行了试验研究。试验结果表明 ,当加热温度 10 5 0～ 10 80℃ ,保温时间 6 0min ,压力 9.8MPa时 ,Fe3 Al金属间化合物与Q2 35钢扩散焊界面附近形成了明显的扩散过渡区 ,该过渡区由Fe3 Al相和α -Fe(Al)固溶体构成 ,显微硬度约为 4 80～5 4 0HM ,不存在含铝较高的高硬度脆性相。有利于提高Fe3 Al/Q2 35扩散过渡区的韧性 ,提高扩散焊接头的抗裂纹能力。扩散过渡区中的Fe3 Al相与α -Fe(Al)固溶体之间存在着 (11- 0 ) α -Fe(Al) ∥ (0 11) Fe3Al和 [0 0 1]α -Fe(Al) ∥ [10 0 ]Fe3Al的晶体学取向关系。

异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征及中间层的作用

利用有限元方法 ,模拟分析了异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征。分析表明 ,对接头有害的较大的残余应力区域分布在膨胀系数较小母材靠近焊缝附近的地带 ,而残余应力的最大值出现在其界面脆性相及焊缝附近靠近接头边缘的微小区域 ,降低连接温度、减少连接时间有利于减小接头残余应力 ,优化接头的界面应力状态。提出了中间层残余应力因子Rf 和中间层厚度因子Tf 概念 ,考虑到中间层的接触强化影响及被焊金属表面物理接触的形成要求 ,当选择中间层时 ,为降低接头的残余应力 ,应尽量选择 |Rf|、Tf 较小的中间层 。

镁/钢异种材料点焊接头力学性能及显微组织分析

采用三相次级整流电阻焊机进行镁/钢异种材料电阻点焊,研究并确定了工艺参数范围和最佳数值.通过金相显微镜观察了接头的显微组织特征,并采用显微硬度计测试了接头各区域的显微硬度.结果表明,接头的剪切力随着焊接时间(2～14周波)、焊接电流(20～37.5 kA)以及电极力(5～8 kN)的增大均呈先增大后减小的趋势.当焊接时间8周波、焊接电流32 kA、电极力7 kN时,最大接头剪切力达6.961 kN,形成纽扣断裂.接头由半椭圆形镁合金熔核和钢侧热影响区组成,镁侧熔核显微组织由柱状晶和等轴晶组成,钢侧热影响区显微组织为板条状马氏体.镁侧离熔合线越近硬度越高,而钢侧最高硬度出现在钢板的中心.

铬青铜与双相不锈钢异种材料电子束熔钎焊

对QCr0 .8与 1Cr2 1Ni5Ti偏铜电子束焊接接头的组织和力学性能进行了研究。研究结果表明 ,随电子束距对接中线铜侧偏移值的增加 ,QCr0 .8/1Cr2 1Ni5Ti对接接头焊缝组织及成分逐渐均匀化 ,接头熔接状态得到改善 ;铜侧偏移值达 0 .8～ 1.0mm时 ,形成焊缝组织成分均匀化的熔钎接头 ,其抗拉强度可达 330MPa左右 ,已可满足实际使用要求。

Mg/Al异种材料脉冲TIG焊接头的组织结构

采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射(XRD)等测试方法,对用脉冲钨极氩弧焊(EMP-TIG)获得的Mg/Al异种材料焊接接头区的组织结构进行了研究。试验结果表明,用脉冲钨极氩弧焊焊接的Mg/Al接头组织性能良好,焊缝组织形态为细小的树枝状晶,熔合区存在柱状树枝晶、等轴树枝状晶和柱状晶三个明显的结晶过渡区。Mg/Al熔合区附近的显微硬度变化不大,通过控制工艺参数可以获得无明显高硬度脆性相的焊接接头。

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Mg17A l126和β-A lMg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—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。

铝/铜异种材料填丝钨极氩弧焊对接接头的组织和性能

采用lincoln TIG-355交直流钨极氩弧焊机和8515药芯锌-铝焊丝对T2紫铜与LY16铝合金异种材料进行了对接焊。利用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对接头各区域的显微组织和成分进行分析,并通过拉伸试验机测试接头的力学性能。结果表明:所焊接的对接接头无气孔、裂纹等缺陷,焊缝成形良好。当焊接电流为100 A、焊接速度为62 mm/min、保护气流量为15 L/min时,接头抗拉强度达到了240 MPa,断裂于铜侧热影响区。焊缝组织为白色条块状的Cu Zn4化合物,均匀分布于由Zn基和Al基固溶体组成的(α+η)共晶组织中;铜侧界面平直清晰,界面附近存在较多的金属间化合物组织,在铝侧界面有一沿界面呈链状分布的灰黑色球块状的α相铝基固溶体组织。

铜/钢异种材料等离子弧焊接头显微组织分析

为实现铜/钢异种材料的优质连接,研究了铜/钢焊接接头的显微组织特点及其组成,试验采用LHM-200等离子弧焊系统对紫铜(T2)与不锈钢(304)异种材料进行焊接,然后通过光学金相显微镜及能谱分析仪,观察分析接头显微组织,研究其接头组织结构及组成.研究结果表明:铜/钢异种材料的等离子弧焊焊缝在铜一侧为平直的,而在钢一侧则为半χ型,在铜侧界面形成漩涡状;在焊接接头的形成过程中铜元素的迁移和扩散主要依靠钢液的流动所带动;焊接接头显微组织主要为奥氏体组织,弥散分布着块状和粒状的铜和钢的固溶体组织,和黑色鱼骨状的α相铁素体组织;焊缝区组织主要是以α、γ富铁相和ε富铜相固溶体组织的形式存在.通过实现发现最佳的焊接参数为:保护气流量与离子气流量分别为0.25 L/min和0.75 L/min,焊接电流为65 A,焊接速度为4 mm/s,焊接后的接头抗拉强度能达到174 MPa.

铝铜异种材料搅拌摩擦焊接接头微观组织与性能

采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)对6061-T6铝合金和紫铜异种金属进行了连接。研究结果表明,将紫铜置于后退侧、搅拌针向铝合金侧偏置0.5mm时,可获得成型优良的接头。对接界面处,铝铜异种金属发生充分混合流动,在微区内形成了层片状交织结构。焊核区晶粒细化,接头内部形成了Al2Cu、AlCu和Al4Cu9金属间化合物,其形成机制为固态扩散。微观组织的均匀性和金属间化合物对样品显微硬度分布具有显著影响。铝合金侧的热影响区硬度值最低,呈现热软化效应。接头抗拉强度达到紫铜母材抗拉强度的75.5%,断裂位置位于铝侧热影响区,拉伸断口呈现韧脆混合断裂特征。

铝/铜异种材料等离子弧熔钎焊搭接接头工艺分析

采用LHM-200等离子弧焊机和Zn-Al钎料对T2紫铜与LF6防锈铝异种材料进行了等离子弧熔钎焊,通过扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）观察分析其接头显微组织和界面元素组成.结果表明,通过合理设置工艺可以得到较为理想的焊接接头,焊缝表面无裂纹、气孔等现象,搭接接头抗剪强度可达175.5 MPa;控制等离子弧焊工艺可以有效控制钎缝成形,提高接头性能,最佳参数范围为等离子气体的流量0.2,0.75 L/min,焊接电流45~55A,焊接速度1.41~3.03 cm/s;在铜母材与钎料界面处是Al_2Cu和CZn_2金属间化合物层;而在铝母材与钎料界面处为Al-Zn共晶组织;焊缝中心的是黑白相间的条纹组织,黑区为富铝区,白区为富锌区.

Mg/Al异种材料扩散焊界面组织结构及力学性能

Mg／Al扩散焊接头界面区由铝板侧过渡层（Mg2Al3相）、中间扩散层（MgAl相）、镁板侧过渡层（Mg3Al2相）组成。SEM观察分析表明，在界面铝板侧扩散层与中间扩散层之间存在一定的扩散空洞，不利于获得接头性能优良的扩散焊接头。随着加热温度的升高界面抗剪强度呈现先增大再降低的趋势，当加热温度475℃，保温时间60min及压力0．081MPa时，接头可达到最大抗剪强度18．94MPa。接头界面扩散区的显微硬度范围为260～350HM，明显存在三个不同硬度分布区，随着加热温度的提高，扩散区的显微硬度及扩散区宽度也相应增加。