先进表征技术在铝铜异种金属激光焊接中的应用研究

本文对先进表征技术在铝铜异种金属激光焊接的概念、特点进行详细分析,以汽车、火车、飞机零部件焊接为例,从温度场表征技术、应力场表征技术、变形场表征技术三个方面入手,研究了先进表征技术在铝铜异种金属激光焊接中的应用。在此基础上,结合实际情况,对先进表征技术在铝铜异种金属激光焊接中的优化措施进行系统梳理,为充分发挥先进表征技术的各项功能作用、提高铝铜异种金属激光焊接质量奠定坚实基础。

镍夹层厚度对铝/铜超声焊接头力学性能影响

为探究镍夹层厚度对铝/铜接头力学性能的影响规律,采用超声波焊接技术制备了含镍夹层铝/铜异种金属搭接接头。通过红外热成像仪、光学显微镜、拉伸剪切试验和扫描电子显微镜(SEM)对接头焊接过程热影响、界面连接状态、力学性能及失效形式进行分析。结果表明:0.05 mm厚镍夹层在超声焊接高温作用下发生软化减薄,充当了板材间润滑剂,减小了板材间的摩擦阻力,焊接温度较其他厚度夹层高,温度对其他夹层厚度变化不敏感。随着镍夹层厚度的增加,接头峰值载荷先增大后减小,接头力学性能与夹层厚度存在显著的相关性;0.10 mm厚镍夹层破坏后其塑性流动能力较差导致接头界面呈波浪状结合,具有铝-镍、铜-镍和铝-铜三种界面结合方式,较其他接头抗拉强度与抗冲击性能更优。SEM分析表明,铜侧失效形式表现为韧性断裂,铝侧为韧脆混合断裂。因此,镍夹层厚度对铝/铜超声焊接接头的力学性能和失效模式有着决定性影响,选择合适的夹层厚度对于提高接头的性能至关重要。

铝/铜异种金属双面搅拌摩擦焊接成形及接头力学性能

对12 mm厚的1060纯铝与T2紫铜进行了双面搅拌摩擦焊接,研究了焊接速度对焊缝成形与接头力学性能的影响。结果表明:在搅拌头转速为600 r/min的条件下,当焊接速度为30~50 mm/min时,焊接速度对接头力学性能影响较小,接头均断裂于铝母材一侧;当焊接速度为30 mm/min时,获得了无缺陷的焊接接头;当焊接速度为40~50 mm/min时,接头出现扁平状小孔洞缺陷,此时,由于搅入焊缝的铜与铝混合形成复合材料结构,增强了焊缝性能,因此,其接头强度仍高于纯铝母材的;当焊接速度超过60 mm/min时,热输入降低引起材料流动不足,在接头内形成贯穿焊缝的孔洞缺陷,使接头承载面积减小,抗拉强度降低。搅拌区中部受到搅拌头两次热力搅拌作用,硬度最高。此外,由于第一道焊缝引起工件变形,在相同下压量的情况下,第二道焊缝相对于第一道焊缝压力略低、热输入较小,使得焊缝底部(即第二道焊缝)的硬度低于焊缝上部(即第一道焊缝)的,且第二道焊缝更易出现孔洞缺陷。综合考虑焊接效率和接头性能,50 mm/min为最优焊接速度,此时接头性能与铝母材的相当,抗拉强度为75.6 MPa,伸长率为26%。

铝铜异种金属冷压焊及其焊缝接头显微组织和性能

研究了铝铜异种金属冷压焊的焊接工艺,对铝和铜的焊接性能及冷压焊的焊接特点进行了分析。用冷压焊进行了铝铜异种金属对接接头的焊接试验,并对冷压焊的焊接工艺参数的选择进行了试验和分析。对焊接接头的显微组织、抗拉强度、抗弯强度、电阻性能、耐温度变化性能及接头耐高温性能进行了试验和分析,其结果为铝铜异种金属焊接在电气产品中的使用提供了依据。

铜-铝异种金属超声波焊缝成型机制与接头性能研究

对铜箔-铝箔进行超声波焊接试验研究,优化设计工艺参数;采用金相显微镜、能谱仪、扫描电镜等分析焊接接头的微观组织;采用高速摄影系统实时监控焊接过程,研究超声波焊缝成型机制。结果表明:焊接压力,焊接振幅、焊接时间对接头性能影响很大,这些工艺参数过大或过小都会使接头强度降低。当焊接压力0.20 MPa,焊接振幅30 um,焊接时间0.05 s时,接头强度达到最大值,破断拉伸力为200 N。保持压力和振幅不变,随着焊接时间的增加,铜-铝接头的有效连接长度增加,接头强度增加;进一步增加焊接时间,铜-铝接头有效连接长度没有明显变化,接头强度下降。超声波焊接可分为四个过程:初始接触,摩擦产热,焊接软化,固相结合。

铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2. 80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78%,焊接接头成形良好,无明显缺陷。

铝-铜脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊接头组织分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG熔钎焊方法,利用ER4047铝合金焊丝在T2铜板上进行平板堆焊实验,通过调节焊接参数获得良好焊缝成形.利用SEM、EDS和XRD等测试手段对连接界面区的微观组织进行观察和分析.结果表明:在连接界面区从铜侧到铝侧依次生成条状的Cu9Al4、块状的CuAl2金属间化合物和絮状的α(Al)+θ(CuAl2)共晶体,且金属间化合物层的厚度随着母材热输入的增加而增大,同时块状脆性金属间化合物尺寸变大.对熔钎焊接头进行显微维氏硬度测量,结果显示,铝-铜熔钎焊焊接接头金属间化合物区域显微硬度最高达406.7HV,说明铝-铜熔钎焊连接界面区出现脆硬相.

CO_2储罐过渡管座与内容器焊接质量提高的研究及其应用

CO2储罐属低温压力容器,其过渡管座与内容器之间的焊接为16MnDR和0Cr18Ni9之间的异种钢焊接,且焊缝形式是厚板封闭环焊缝,拘束度大,焊接性较差。此焊缝的焊接对于CO2储罐的整体质量至关重要。通过对储罐材质的焊接性分析,设计的焊接工艺应用于储罐现场的焊接,焊缝质量达到了产品的焊接技术要求。

无缝药芯铜铝焊丝线坯挤压模具的设计

药芯铜铝焊丝用于铜铝异种金属焊接的材料,文中设计的挤压模具,可制取无缝药芯铜铝焊丝线坯,在制取线坯的同时将钎剂注入其芯部,线坯经拉拔减径至焊丝。该技术具有生产效率高、产品性能稳定、质量可靠等特点。

Electron beam welding of 304 stainless steel to QCr0.8 copper alloy with copper filler wire

Electron beam welding （EBW） of 304 stainless steel to QCr0.8 copper alloy with copper filler wire was carried out. Orthogonal experiment was performed to investigate the effects of process parameters on the tensile strength of the joints, and the process parameters were optimized. The optimum process parameters are as follows：beam current of 30 mA, welding speed of 100 mm/min, wire feed rate of 1 m/min and beam offset of-0.3 mm. The microstructures of the optimum joint were studied. The results indicate that the weld is mainly composed of dendriticαphase with little globularεphase, and copper inhomogeneity only occurs at the top of the fusion zone. In addition, a melted region without mixing exists near the weld junction of copper side. This region with a coarser grain size is the weakest section of the joints. It is found that the microhardness of the weld decreases with the increase of the copper content in solid solution. The highest tensile strength of the joint is 276 MPa.

中厚板铝/铜异种金属双面搅拌摩擦接头微观组织与力学性能

采用双面搅拌摩擦焊实现了12 mm AA6061-T6铝合金与T2纯铜的焊接,研究工艺参数对接头微观组织与力学性能的影响。研究发现,当两面焊缝采用相同工艺参数时,由于焊接变形,两面的焊缝成形具有明显差异,难以同时兼顾双面焊缝成形以获得优异的接头性能。为了进一步提高接头性能,将第一道焊缝的转速和焊速分别固定为600 r/min和400 mm/min,对第二道焊缝的焊接参数进行了优化。一方面通过优化第二道焊缝的焊速,即将第二道焊缝的转速固定为600 r/min,焊速分别采用300 mm/min,200 mm/min和100 mm/min,无缺陷的焊接接头在焊速100 mm/min时取得;另一方面通过优化第二道焊缝的转速,即将第二道焊缝的焊速固定为400 mm/min,转速分别采用800 r/min和1000 r/min。结果表明当转速800 r/min时,接头横截面无缺陷且获得了最大抗拉强度达到151 MPa,此时接头无宏观孔洞缺陷、铝/铜界面处无微裂纹且界面处生成了相对较薄的金属间化合物层,接头拉伸断裂于铝/铜界面,断裂方式为韧-脆混合断裂。

铜钢激光对接焊研究

针对铜和钢的物理和化学性能的较大差异,通过理论分析认为铜的熔化量对铜钢异种材料焊接接头的质量有很大影响,同时考虑到铜列激光的高反射率,对此进行了基于斜面对接和激光光束偏向钢侧的铜钢激光对接焊研究,并以三种不同的工艺参数进行了激光焊实验。焊接接头的力学性能测试和焊缝显微组织分析结果表明,铜钢焊接的质量主要取决于铜的熔化量。当铜熔化较少时,接合界面清晰,接头无明显缺陷并表现出良好的力学性能;当铜的熔化量较多时,无明显结合界面,接头出现气孔、裂纹等缺陷,力学性能急剧下降。实验结果表明,设置激光束偏离量为0.8mm,可实现低铜钢熔合比,从而获得尢缺陷的铜钢焊接接头。