镁/钢异种金属CMT对接熔钎焊连接机理

文中用AZ61镁焊丝以及冷金属过渡焊接方法对接形式连接镁合金AZ31和镀锌钢板,在焊接过程中保持焊接速度不变,通过调节送丝速度和对钢板开不同的坡口研究不同焊接工艺参数下焊缝的表面成形、接头的力学性能和微观组织结构.结果表明,通过调节合适的焊接参数以及坡口形式,镁-钢之间能形成焊缝成形美观、接头最大抗拉载荷达到4.02 k N的镁钢对接熔钎焊接头.并且熔钎焊接头包括镁侧的熔焊接头和钢侧的钎焊接头,钎焊接头由两部分组成,一部分是坡口面上的镁与裸钢板之间的钎焊接头,另一部分是镀锌钢板上表面的镁-镀锌钢之间的钎焊接头.镁-镀锌钢侧的钎焊连接主要由靠近镁侧的(α-Mg+Mg Zn)的共晶相,以及靠近钢侧的Fe-Al相反应层实现连接.无镀锌层的钢和镁连接主要依靠焊丝中的微量Al元素扩散到钢表面形成Fe/Al相来实现连接.

镁/钛异种金属冷金属过渡焊接的温度场模拟

利用ABAQUS有限元软件建立镁/钛异种金属搭接接头的有限元模型,对镁/钛异种金属冷金属过渡焊接过程的温度场进行模拟,分析温度场的变化规律,并通过试验验证模拟结果的准确性.比较了不同送丝速度下温度场的变化规律,并对特征点的显微组织进行比较.结果表明,镁、钛两侧的温度场呈不对称分布.距离焊缝中心相同的两点,镁板侧试件温度上升较快,达到的峰值温度比钛板侧高,且下降速度也快.随着送丝速度的增加,峰值温度变高,达到钛板的熔化温度,钛的熔化量也就随之增加,镁钛连接界面有较好的结合.

镁-裸钢板异种金属冷金属过渡熔钎焊连接机理

以AZ61镁合金焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金/Q235裸钢板进行冷金属过渡熔钎焊试验研究,分析不同工艺参数对焊缝成形和力学性能的影响.并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理.研究结果表明:随着送丝速度的增加,接头最大抗拉载荷先升高后降低,当焊缝宽度较大时,断裂易发生在镁的热影响区,其最大抗拉载荷可达6 k N以上;焊缝及镁合金中的Al原子通过焊接过程扩散到界面上形成很薄的Fe-Al相反应层,从而实现了镁、裸钢板的有效连接.

4043/6061铝合金-Q235钢的反应润湿行为与前驱膜形成机制

铝在钢表面的润湿行为及润湿性直接关系到热浸铝工艺所制备涂层的质量。采用座滴法在高真空条件下研究了熔融4043和6061铝合金分别在Q235钢表面的润湿行为及界面结构。结果表明:4043/6061铝-Q235钢为典型的反应润湿体系,且润湿性随着温度的升高而改善。反应过程中生成的金属间化合物替代基板表面的氧化膜,形成洁净的界面进而促进熔滴铺展。铝合金化学成分不同导致界面结构不同,进一步导致铺展动力学规律不同,其中6061和4043铝合金在Q235钢表面润湿的活化能分别为86 k J/mol和8 k J/mol。6061铝合金中Mg的挥发可以还原钢表面的氧化膜,使铝熔滴更容易润湿钢板并形成前驱膜,其形成机制为"皮下渗透机制"。4043铝合金中的Si在固-液界面有较高的亲和力,因此在反应层出现了明显的Si富集。

以培养焊接工程师为导向的焊接专业课程体系建设

随着经济发展全球一体化,人才培养的国际化已是大势所趋,《华盛顿协议》规定了工程认证体系,实现了国际间工程师的互认。工程认证体系要求以能力为导向,结合国际焊接工程师课程培训体系,制定了基于学习结果的专业课程计划。该计划由相互支持的专业课程和明确集成学习结果的知识-能力-素质为一体设计出来的课程计划。实现了焊接相关专业的焊接基础课程与IWE课程的有机结合,可以很好地培养焊接学生的工程实践能力,满足对国际化焊接人才培养的需要。

SnAgCu-xTi在单晶硅表面的润湿行为

采用改良座滴法在高真空条件下研究了熔融Sn0.3Ag0.7Cu(SAC)-xTi(x为质量分数,%)在800~900℃与单晶硅表面的润湿行为.结果表明,SAC-xTi/Si体系属于惰性润湿体系,钛的添加显著改善了润湿性.在不添加钛时,SAC钎料在800℃与单晶硅润湿1 800 s后达到平衡,平衡接触角为63°;SAC-1Ti钎料在900℃润湿1 800 s后获得最小平衡接触角41°;SAC-3Ti钎料在900℃时达到平衡润湿的时间最短,仅为50 s,平衡接触角为48°.润湿机制为钛加速了单晶硅表面氧化膜的去除.在熔融钎料的铺展过程中,通过溶解-再析出机制和微掩膜机制,在固/液界面处形成了温度依赖的"金字塔"结构,温度越高,"金字塔"结构越稀疏且形貌越大."金字塔"结构的出现并未改善体系的润湿性,由于其对三相线的钉扎作用,进而使得体系的润湿性变差.

锡在Cu6Sn5金属间化合物表面的润湿行为

利用改良座滴法研究了高真空条件下熔融纯Sn在350~450℃下分别与Cu6Sn5和T2纯铜的润湿行为.结果表明,表面镀金的金属间化合物基板在各试验温度下的润湿性均优于纯铜基板;金属基板表面氧化膜对润湿性的影响不容忽视;离子溅射后表面形成的金膜可以作为一种改善润湿性及控制界面IMC厚度的有效方法;润湿性改善的机制为Sn与氧化膜的化学反应,界面析出IMC或者IMC的溶解过程并非限制铺展的主要因素;铺展过程表现出线性铺展规律,可用反应产物控制模型对其进行描述,计算得到Sn/Cu6Sn5和Sn/Cu两体系的铺展激活能分别为20.469 kJ/mol和22.270 kJ/mol.

6061铝合金分别在Q235钢和纯钛表面的反应润湿

采用座滴法在高真空条件下研究了熔融6061铝合金在600~700℃分别与Q235钢和纯钛的润湿行为。研究表明两者都为典型的反应润湿,且最终润湿性随着温度的升高而改善;界面反应的自由能变化对最终润湿性及界面结构影响较小,而基板金属在铝中的溶解度不同决定了界面反应层厚度(即溶解度越大则反应层越厚);三相线附近的还原反应诱发了前驱膜的产生,且最终润湿性越好则前驱膜越宽;两者体系的铺展动力学均可以由RPC模型描述:在Al/Ti体系中整个润湿过程分为两个阶段,即先非线性铺展,后线性铺展阶段,两个阶段的铺展活化能分别为72kJ/mol、118kJ/mol,且界面上存在Si的富集;在Al/Q235钢体系中整个润湿过程呈线性铺展,铺展活化能为86kJ/mol,无Si元素在界面富集。

镍铝青铜焊丝进行镁/镀锌钢板点焊的焊接性分析

以镍铝青铜焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金/镀锌钢板进行冷金属过渡点塞焊试验研究,分析镁板上孔直径对镁钢点塞焊接头力学性能的影响.并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理。研究结果表明:使用镍铝青铜焊丝能够得到焊缝美观的镁/镀锌钢异种金属的连接接头。镁/钢板焊接接头的焊缝主要由a-Cu和Cu Al_2组成,熔合区由镁的固溶体a-Mg以及Al_2Cu_3Mg_2和Mg_2Cu混合的金属间化合物组成。镁板上孔的直径对镁钢接头性能有很大的影响。随着镁板孔径的增大,镁钢点塞焊接头的最大抗拉载荷先增大后减小,且当镁板孔径为5 mm时接头的最大抗拉载荷达到最大为3.4 k N。焊缝金属和镁母材的连接处即熔合区存在大量脆性金属间化合物,使得镁/钢接头整体力学性能较差。

复杂“星形”表面活性聚合物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

表面活性聚合物因其改变溶液表面张力的功能,广泛应用于医疗以及化工领域.在溶液中表面活性聚合物自组装形成胶束形态决定溶液的流变性,影响自组装结构形成的因素是其研究的热点.采用耗散粒子动力学模拟方法,考察了多臂“星形”表面活性聚合物的自组装结构,通过改变表面活性聚合物链的亲疏水性,亲水基团和疏水基团的种类以及表面活性聚合物结构探索了各因素对“星形”表面活性聚合物自组装行为的影响.结果表明:“星形”表面活性聚合物能够自组装形成球形、层状、柱状/管状及囊泡胶束,溶剂条件、疏水链长度及亲疏水基团种类对胶束形态作用显著,囊泡变形规律受次级拓扑结构作用明显.

Zr基合金/ZrC在1253K下的润湿行为及前驱膜形成条件研究

采用改良座滴法研究了Zr基合金Zr50Cu50、Zr50Cu40Al10和Zr55Cu30Al10Ni5与ZrC在1 253K下的等温润湿行为及界面结构。结果表明,3种Zr基合金与ZrC的润湿,随着组元种类的增加润湿性逐渐改善,同时形成了前驱膜,且前驱膜的宽度随组元种类的增加而变宽。热力学分析表明,前驱膜的形成需要满足固-液界面上有强烈的相互作用,同时又能保持弱的界面反应性;铺展动力学分析表明,带有前驱膜特征(即吸附润湿)的铺展可以用分子动力学模型来描述。

347不锈钢表面堆焊690镍基合金电化学腐蚀性能研究

利用钨极氩弧焊(TIG)堆焊工艺在347不锈钢钢板表面堆焊690镍基合金,采用电化学测量技术,在室温、质量分数为3.5%的氯化钠溶液中,对347不锈钢基体、690镍基合金堆焊层以及2种合金堆焊接头的电化学腐蚀性能进行了研究.借助扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)对堆焊接头的微观组织和成分进行了分析,并通过光学显微镜来观察腐蚀后的表面形貌,研究堆焊接头的腐蚀机理.结果表明:690镍基合金堆焊层的耐蚀性优于347不锈钢基体,347不锈钢基体的腐蚀速率约为堆焊层的8.4倍;堆焊接头的耐蚀性最差,其腐蚀速率约为堆焊层的11.8倍;堆焊层在熔合区附近对基体中Cr含量的稀释是导致堆焊后基体腐蚀加剧的主要原因.

铝钢冷金属过渡焊接界面的组织特征及热力学分析

采用冷金属过渡(CMT)技术,以4043 Al Si5焊丝为填充材料,分别在Q235钢板和镀锌钢板上进行点焊。使用扫描电镜、能谱分析研究了焊接接头的显微组织,并从热力学角度分析了界面结构形成机理。结果表明:无论基板采用镀锌钢还是Q235钢,在界面处均会观察到富Si层,其形成符合热力学条件;铝-Q235钢、铝-镀锌钢在较大热输入的情况下两者都可以达到较好的润湿性;其中镀锌钢板中的镀锌层不能起到改善铝-钢润湿性的作用,其主要作用在于蒸发带走热量而相对降低界面上的热输入。

冷金属过渡下熔融铝合金在钢板上润湿铺展的数值模拟

采用Fluent软件对冷金属过渡条件下第一个周期内熔融铝合金在Q235钢板上润湿及凝固进行了分析和研究,得出温度场对金属凝固的影响和两者对熔滴润湿铺展能力的影响,以及不同初始参数对熔融铝合金在Q235钢板表面润湿行为的影响.结果表明,熔融铝合金首先在三相线处开始凝固,这与温度场的分布相一致;已凝固的金属对熔融铝合金的铺展起到一定的阻碍作用;随着初始温度的增加三相线附近局部凝固的固柏体减小,熔融铝合金在Q235钢板上表现出好的润湿性.

Wood液态合金在NaOH溶液中的电化学反应及表面张力变化行为

通过改变液体金属在NaOH溶液中所处的环境介质,利用石墨电极对其施加电场,研究了液态金属的表面张力、界面电化学反应、氧化膜的产生、溶液中电润湿等动态过程。实验发现Wood合金液滴在阳极发生电化学反应产生的氧化膜会迅速减小表面张力并发生铺展,在阴极发生还原反应会使带氧化膜的金属在3 s内恢复到原状,电毛细作用力使氧化膜破裂,各氧化物与NaOH反应产生Sn(OH)_6^(2-)、SnO_3^(2-)、SnO_2^(2-)、PbO_3^(2-)、Cd(OH)_4^(2-)使溶液的颜色发生改变,溶液中生成Bi2O3-Bi(OH)3白色共聚物。薄膜电介质层润湿和溶液中电润湿机理在本质上相同,表面张力随着电压的增大而减小并发生明显的电润湿铺展过程,但由于金属液滴通过电化学反应所能吸附的OH-数量有限,润湿角存在饱和性。

冷金属过渡条件下镁-钢的润湿动力学特征及界面结构

研究了冷金属过渡条件下AZ61镁合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面润湿的动力学特征,同时利用扫描电镜观察和能谱分析考察了界面微观结构.结果表明,镁合金在钢表面的最终润湿性随送丝速度的增加而变好,其中镀锌层蒸发带走热量进而相对降低了界面上的热输入,导致界面反应变弱,润湿性变差;在镁-镀锌钢界面上形成了Al-Fe金属间化合物层和脆性的Mg-Zn共晶层,导致界面结合较弱;在不同送丝速度下,镁在裸钢表面的熔滴过渡更为有效,镁-镀锌钢中镀锌层对润湿的动力学特征影响较小,两者的动力学特征都与温度依赖的毛细力相关.

冷金属过渡条件下4043铝合金在不同钢板上的润湿行为

采用激光背光投影技术研究了冷金属过渡条件下4043铝合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面的润湿行为及其与工艺参数的关系,同时分析了镀锌层的作用.结果表明,铝-Q235钢在CMT条件下的润湿行为与焊接工艺参数中的送丝速度v和点焊时间t密切相关,具体可以表达为v≤4 m/min时θ(t)=θ0+2(54-10v)(1-exp[(0.33-3v)t]),v>4 m/min时θ(t)=θ0+(58-7v)exp[-(1.7-0.15v)t].铝-Q235钢、铝-镀锌钢在较大热输入的情况下两者都可以达到较好的润湿性.锌蒸汽将导致工艺不稳定,主要归结于液-固界面上的锌蒸汽阻隔了熔滴与母材的接触.

冷金属过渡条件下AZ61镁合金在两种钢板上的润湿行为

采用动态座滴法研究冷金属过渡条件下,AZ61镁合金分别在Q235钢板和镀锌钢板表面的润湿行为及其界面微观结构。结果表明:润湿行为与焊接工艺参数中的送丝速率密切相关;无论基板采用镀锌钢还是Q235钢在界面处均观察到Al-Fe金属间化合物层,其形成符合热力学形成条件;在Q235钢表面润湿时,送丝速率增加,界面反应变得剧烈,因而润湿性变好,在镀锌钢表面润湿时,送丝速率增加,加剧锌的挥发,使裸露的表面显金属性,因而润湿性变好;当送丝速率≤10.5m·min^(-1)时,镁在Q235钢板上的润湿性要好于镀锌钢板,且后者锌的挥发将导致工艺不稳定。

高温下前驱膜形成机制的研究进展

本文综述了高温下前驱膜的形成机制,即表面扩散机制、蒸发-凝结机制、皮下渗透机制和快速吸附-薄层漫流机制。在实验表征的金属/金属润湿体系中,最有可能的机制为皮下渗透机制,其形成与表观接触角、接触半径、固体金属与氧化膜的间隙大小有关。在金属/陶瓷体系中,前驱膜的形成通常为快速吸附-薄层漫流机制。前驱膜为吸附机制时,需要满足液/固界面的相对惰性和高亲和力这一矛盾体。同时介绍了高温反应润湿体系中,前驱膜的另一种可能的机制,即薄膜传输机制;指出研究前驱膜的难点在于前驱膜的不可预测性和不稳定性,其发展方向应趋于系统化,并建立相应的理论模型。

熔融6061和4043铝合金在纯钛表面的反应润湿

利用改良座滴法研究了高真空条件下熔融6061和4043铝合金在600,650,700℃分别与纯钛(TA2)的反应润湿行为。结果表明:Al/Ti体系属于典型的反应润湿,铝合金中微量的Si元素在界面上产生了明显富集且满足热力学条件;界面上形成了富Si的致密的层片状Ti_7Al_5Si_(12)相,致密层产生后阻碍熔体润湿母材;Ti_7Al_5Si_(12)相的分解及三相线附近疏松的粒状Al_3Ti相产生后能够破除钛表面的氧化膜,进而促进润湿;6061/TA2和4043/TA2两润湿体系铺展动力学均可由反应产物控制(Reaction Product Model)模型描述,整个润湿铺展过程分为两个阶段,即先呈指数铺展、后呈线性铺展;6061铝合金对应两个阶段的铺展活化能分别为56kJ/mol和112kJ/mol,4043铝合金以指数铺展为主,铺展活化能为47kJ/mol,Ti_7Al_5Si_(12)相的分解对应于指数铺展阶段。