“双碳”背景下焊接工艺设计实训课程思政教学探索与实践

为实现“双碳”目标,我国正持续推进产业结构和能源结构调整。为贯彻落实绿色低碳发展理念,文章从课程建设和教师团队建设、实训题目拟定、教学思政元素设计、思政资源库建设、课程教学效果评价等五方面对焊接工艺设计实训课程进行改革与实践,以增强焊接工艺设计课程立德树人效果,努力培养德才兼备的时代新人。

铝/石墨超声波辅助活性钎焊技术

采用Sn5Ag8Ti活性钎料,分别在真空下和采用超声波辅助钎焊技术在大气下对铝和石墨进行了钎焊,研究了超声波作用时间对钎料润湿母材与接头强度的影响,并从微观上与真空钎焊的接头形貌对比,研究了超声波作用下钎料在母材表面形成的微射流作用。结果表明,超声波作用2 s时钎料完全润湿铝,超声波作用6 s时,钎料完全润湿石墨,而且随着超声波作用时间的增加,钎料在母材上润湿的面积逐渐增大,钎焊接头的剪切强度也逐渐增强,超声波作用10 s时剪切强度达到最大值16 MPa。

超声波辅助钎焊铜与石墨的组织及性能

采用四元合金Ag30Cu25Zn4Ti作为活性钎料,在大气中利用超声波辅助钎焊技术对铜和石墨进行了钎焊.通过改变超声波作用时间和方式,研究了不同超声波作用时间下钎料氧化膜破碎的效果,及其与TiC反应层形貌之间的关系.采用扫描电子显微镜对钎焊接头的微观组织进行了观察,最后对钎焊的接头进行了力学性能分析.结果表明:随着超声波作用时间的延长,液态钎料中的氧化膜逐渐减少,最终完全消除;与此同时,TiC反应层的厚度也在逐渐增加,最终趋于稳定.钎焊接头的组织由铜侧到石墨侧依次主要为Cu/Cu-Zn金属间化合物,Ag基固溶体和Cu基固溶体/TiC/石墨,钎焊接头的剪切强度最大值为18 MPa,界面的结合主要是超声波作用下活性元素Ti在石墨侧的偏聚形成TiC反应层而形成的.

Formation and elimination of burst phenomenon in ultrasonic-assisted resistance brazing

A two-step ultrasonic-assisted brazing method and its associated apparatus were developed to make 6063 aluminum alloys joints with Al-Si-Mg filler metal. The burst phenomenon and the effect of ultrasonic direction and time, as well as the welding joint geometry on the burst phenomenon were investigated. The results show that the burst phenomenon occurs in the liquid filler metal under the effects of high current density, heat, and interaction force. The burst phenomenon is eliminated when the oxide film on the edge of the cross-section of the two parent metals is removed with more than or equal to 6 s ultrasonic time. A model of formation and elimination for burst was proposed, through which the blasting phenomenon can be controlled by changing the ultrasonic time and the geometrical shape of the welded joint.

浇注温度对近液相线挤压铸造AZ91D镁合金组织及性能的影响

以汽车差速器支架为对象,研究了不同浇注温度下近液相线挤压铸造AZ91D镁合金的组织及力学性能。结果表明,浇注温度由595℃升至665℃时,合金内部球状晶逐渐长大成蔷薇状晶,平均晶粒尺寸由21.02μm增大到58.13μm。第二相β-Mg17Al12的含量从18.55%提高到49.72%,且分布均匀性逐渐降低。浇注温度较低(595℃和605℃)时,合金拉伸断口存在大量韧窝和小面积的解理平面;随着浇注温度提高,断口的韧窝数量、解理台阶逐渐减少。浇注温度为605℃时,合金的抗拉强度为229.2 MPa,伸长率为3.16%,均达到了最大值。

SiC含量对SiC_(p)/2009Al复合材料微观组织及力学性能的影响

通过在2009Al合金中引入不同质量分数(0、1%、3%、5%)的SiC颗粒,采用热等静压工艺制备了SiC_(p)/2009Al复合材料,随后进行了热挤压和固溶时效处理,研究了工艺过程对该复合材料组织与性能的影响。结果表明,采用热等静压工艺能够制备出晶粒均匀且SiC分散均匀的复合材料,SiC颗粒与Al基体界面结合良好;经挤压工艺后,复合材料的微观组织明显改变,增强体SiC颗粒破碎并细化,当SiC含量较低(≤3%)时SiC颗粒沿挤压流均匀分布在基体中,SiC较高(>3%)时,SiC颗粒存在轻微的团聚现象。经固溶时效处理后,基体晶粒尺寸的均匀性提高,析出的第二相细小均匀弥散分布在基体中。通过对SiC_(p)/2009Al复合材料进行热挤压及固溶时效处理可以得到较优的综合力学性能。当引入质量分数为3%的SiC时,复合材料的力学性能更佳,其抗拉强度为492.7 MPa,屈服强度为400.9 MPa,断后伸长率为12.7%,硬度为131 HBW,在室温下兼具较好的耐磨性能。

超声作用下Sn-Ag-Ti(-Al)活性钎料在石墨表面的铺展行为

研究了锡基活性钎料在多孔石墨表面的润湿铺展过程,采用高速摄像机对超声波作用下钎料铺展过程的外部特征进行了捕捉,结合超声波在石墨表面传播特性以及钎焊接头界面微观形貌,对超声波作用下锡基活性钎料在石墨表面铺展过程进行了详细描述,分析了超声波在铺展过程中起到的作用,研究了影响钎料铺展的因素。结果表明,在钎焊过程中加以超声波辅助,能实现活性钎料在石墨表面的铺展。与刚性基体不同的是超声波在石墨表面振幅衰减很快,这使得超声波作用下的声致铺展作用在石墨表面很难进行,但随着石墨表面的孔洞被钎料填充,振幅衰减逐渐减小,声致铺展作用逐渐加强,在超声波功率足够大的情况下,液态钎料可以在石墨表面铺展。钎料表面氧化膜是阻碍钎料铺展的关键因素,通过施加超声波可去除钎料表面氧化膜促进钎料铺展。

超声波辅助钎焊镁铝异种金属接头的微观组织

选用Sn基和Zn基2种钎料,在大气下采用超声波辅助钎焊技术进行了6063铝合金/AZ31B镁合金的焊接,通过OM、SEM以及EDS能谱对比分析了2种钎料的钎焊接头组织。结果表明,采用Sn基钎料时,钎焊接头不会生成Mg-Al脆性金属间化合物,钎缝中会溶解Al元素,Al元素以Al基固溶体相和Ag(Al)相形式存在于钎焊接头中,并且在超声波作用时间达到4.5s时,Al元素均匀分布在整个钎缝中。采用Zn基钎料,钎焊接头中有大量脆性Mg/Al金属间化合物生成,同时在钎缝组织晶界处有第二相低熔点Sn颗粒的弥散分布。