送丝速度对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响

采用ER2319焊丝进行了6061-T6铝合金/Q235镀锌钢光纤激光熔钎焊接,分析了送丝速度对接头成型、显微组织与力学性能的影响。结果表明:当激光功率为1.2 kW,焊接速度为1.2 m/min时,送丝速度在1.2~3.0 m/min范围内均可获得有效接头。接头的抗拉强度随着送丝速度的增加呈现先上升后减小的趋势,当送丝速度为2.4 m/min时平均抗拉强度达到最大值,为116.15 MPa。当送丝速度为1.8、2.4 m/min时,接头的上下表面的金属间化合物层可控制在10μm以内,而对接界面处的金属间化合物层厚度随着送丝速度的改变变化不明显,对接界面的IMC层主要由FeAl、FeAl_(2)、Fe_(4)Al_(13)相组成。接头的断裂形式为典型的解理断裂模式,而位于润湿铺展在钢表面的铝合金处则为韧性断裂。

钛/铝异种金属激光熔钎焊接头性能分析

采用YLS-4000光纤激光器对TC4钛合金与5052铝合金进行对接焊,通过将激光偏向铝合金一侧,实现钛/铝异种金属的激光自熔焊。使用光学显微镜、扫描电镜和拉伸测试等方法,分析了激光偏移量和焊接速度对焊接接头组织及力学性能的影响。实验结果表明,接头界面处生成了平均厚度在几微米左右的金属间化合物层,成分包括靠近钛侧的TiAl和靠近铝侧的TiAl_(3)。在激光功率为3000 W、离焦量为0、激光偏移量为0.6 mm(偏向铝侧)、焊接速度为3.0 m/min的条件下,接头的最大抗拉强度为175.4 MPa。Ti/Al接头的断裂韧性随着金属间化合物层厚度的增加而减小,化合物层厚度最大为6.54μm,此时接头的断裂韧性值最小,为10.778 MPa·m^(1/2)。

激光功率对铝/铜激光熔钎焊接头组织及性能的影响

采用激光熔钎焊方法对5052铝合金和T2紫铜进行对接试验,研究了激光功率(2000,2200,2400,2600,2800 W)对接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:不同激光功率下接头铜侧钎焊区组织均以柱状晶为主,随着激光功率的增加,焊缝区树枝晶由细针状转变为雪花状;铜侧钎焊区由界面层和金属间化合物层组成,2000,2600 W激光功率下的界面层主要为AlCu相,金属间化合物层主要为Al_(4)Cu_(9)相,2400 W激光功率下的界面层主要由AlCu相和CuZn相组成,金属间化合物层主要为CuZn_(5)相;焊缝区主要由Al_(4.2)Cu_(3.2) Zn_(0.7)和Al_(0.71)Zn_(0.29)相组成。随着激光功率的增加,金属间化合物层厚度增加。激光功率对铜侧钎焊区的显微硬度影响较大,各接头的最高显微硬度均出现在铜侧钎焊区。随着激光功率的增加,接头最高硬度增加,抗拉强度先增大后减小;当激光功率为2400 W时,接头的抗拉强度最大,达到铝合金母材的92%,此时接头在靠近铝合金母材处断裂,而其他激光功率下制备的接头均在铜侧钎焊区和焊缝区处断裂。

焊接速度对铝合金/铜激光熔钎焊接头组织及性能的影响

采用激光熔钎焊在不同焊接速度(4,5,6,7,8 mm·s^(-1))下对5052铝合金和T2铜进行对接焊,研究了焊接速度对接头宏观形貌、显微组织、显微硬度、抗拉强度及拉伸断裂机理的影响。结果表明:随着焊接速度增加,激光熔钎焊接头的焊缝成形先变优后变差,当焊接速度为6 mm·s^(-1)时焊缝成形最佳;随着焊接速度增加,接头中树枝状Al-Cu共晶组织变少,Zn-Al共晶组织变多,当焊接速度为6 mm·s^(-1)时接头铜侧界面反应区出现Al_(4)Cu_(9)和Al_(2)Cu金属间化合物,熔焊区由α-Al固溶体、η-Zn固溶体、Al-Cu共晶组织和Zn-Al共晶组织组成;随着焊接速度增加,铝合金/铜激光熔钎焊接头熔焊区硬度变化不大,铜侧界面反应区硬度下降,接头抗拉强度先增大后减小,拉伸断裂模式按照解理断裂、准解理断裂、韧性断裂、准解理断裂顺序依次变化,当焊接速度为6 mm·s^(-1)时抗拉强度(212 MPa)最大,接头发生韧性断裂。

锌铝药芯焊丝中Al含量对铝/铜激光熔钎焊接头组织和性能的影响

采用Zn-2%Al、Zn-15%Al、Zn-22%Al三种药芯焊丝对铝合金/铜进行激光熔钎焊工艺研究,探讨焊丝中Al元素含量对铝铜激光熔钎焊接头微观组织及性能的影响。结果表明:三种焊丝的焊接接头均可分为铝侧熔化焊焊缝区、焊缝中心区及铜侧钎焊区。铜侧钎焊区可以细分为Al-Cu共晶区和主要物相为Al4.2Cu3.2Zn0.7的金属化合物层,焊缝中树枝状相为CuZn5,基体组织是锌铝共晶体。使用Zn-22%Al药芯焊丝的焊接接头断裂于铝母材,其接头抗拉强度最大,为212 MPa。随着焊丝中Al含量的减少,接头抗拉强度逐渐降低。

铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术研究进展

铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术具有能量密度高、升温和冷却速度快、熔化位置控制精确、焊后变形小、自动化程度高等优势,特别适用于汽车制造行业。从铝合金与钢界面润湿铺展、界面微观调控、熔钎焊接头性能评价三个方面对国内外铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术的研究成果进行了综述,重点介绍了金属镀层、钎剂、母材热场对铝合金与钢激光熔钎焊过程中的界面润湿铺展的影响,归纳了界面热场、辅助能场、坡口面角度、合金元素对铝合金与钢激光熔钎焊过程中的界面微观调控作用,总结了铝合金与钢激光熔钎焊接头性能的评价方法。并指出优质、高效、高可靠的铝合金/钢异种金属激光熔钎焊技术仍需要解决以下四方面的问题:钢母材表面钎料润湿铺展的精准可控;铝合金/钢激光熔钎焊界面反应的精确可调;铝合金/钢激光熔钎焊接头的高强韧设计;铝合金/钢熔钎焊接头性能的可靠性评价。

Cs对铝/钢激光熔钎焊接头组织及性能的影响

以无Cs型和含Cs型AlSi12药芯焊丝为填充金属,进行6061铝合金和Q235钢激光熔钎焊试验研究,用光学显微镜、扫描电子显微镜对熔钎焊接头的宏观形貌、微观组织进行分析,探讨药芯焊丝中Cs元素对AlSi12焊丝在钢表面的润湿铺展性能、接头微观组织及拉伸性能的影响。研究结果表明,药芯焊丝中加Cs元素,大大提高了熔融的焊丝在母材背面的润湿铺展性能,从而获得饱满美观的铝合金/钢激光熔钎焊接头形貌。Cs元素通过冶金反应过渡进入铝合金/钢焊接接头中,一定程度上阻碍了Al,Fe之间的反应,降低了接头界面反应层的金属间化合物层(IMCs)厚度,但是略微降低了接头的抗拉强度。

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头特性

以CO2激光为热源,以AlSi 12焊丝为填充材料,对Ti-6Al-4V钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究,采用SEM、EDS、XRD和金相显微镜分析接头的微观结构特征,通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明:所得接头具有熔焊和钎焊双重性质,即铝母材局部熔化,为熔化焊,而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面;钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂,可分为2层,即呈针状或芽状的Ti-Al-Si系金属间化合物层和以Ti-Al系金属间化合物为主的连续层;钎焊界面下部的金属间化合物层较薄;拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上,平均抗拉强度为298.5 MPa。

镀Zn钢-6016铝合金异种金属的激光熔钎焊及数值模拟

熔钎焊是抑制或减少钢/铝异种金属激光焊接过程中FeAl脆性金属间化合物产生的有效工艺方法。采用光纤激光器,不添加任何钎料,对1.2 mm厚DC56D＋ZF镀锌钢和6016铝合金平板试件进行激光搭接焊试验,利用MATLAB软件,针对焊接过程的实际情况,在一定的基本假设下建立准稳态下钢/铝异种金属激光焊接熔池形状的数学模型,基于准稳态形状控制方程数值计算获得的熔池几何形状分布,结合试验来调整焊接工艺参数,获得最佳焊接成形,利用卧式金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段研究焊接接头各区域的金相组织、主要元素分布与物相组成。结果表明：焊接激光束照射搭接在钢板上的铝板对接焊缝时,焊接功率和焊接速度对熔池几何形状的影响较大,随着激光功率的增大,熔深增加;而随着焊接速度的增加,熔深却变浅。当焊接功率为1 600~1 800 W、焊接速度v=30 mm/s、离焦量D=0 mm时,焊缝成形性良好,无明显裂纹、气孔等缺陷,焊接接头区域存在一个台阶状结构,在平台区域,钢/铝两钟金属存在明显的界限,界面结合依靠液态的铝在钢母材表面上的润湿、填充和铺展等作用;下凹区域,钢/铝熔合较好,Fe和Al元素的混合区宽度较大,未形成明显的FeAl脆性金属间化合物,Fe和Al的热扩散是该区域界面结合的主要原因。

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头界面特性

以铝硅共晶合金为填充材料,采用激光熔钎焊的方法对铝/钛异种合金进行焊接,获得了同时具有熔焊和钎焊双重特征的焊接接头。由于激光局部加热并且有很高的冷却速度,发现在钛合金附近的钎焊界面形成了特殊的形态结构。结果表明,获得的钛合金钎焊区界面金属间化合物厚度很薄,仅在10μm以下。焊缝上部界面金属间化合物较厚,主要呈锯齿状;焊缝下部界面金属间化合物厚度不足1μm,呈薄层状。界面金属间化合物的主要成分为TiAl3,以Ti(SixAl1-x)3结构的置换固溶体形式存在。底部界面容易成为裂纹产生的源头,裂纹多沿界面附近焊缝中的共晶组织扩展,接头的平均抗拉强度为铝母材的85%左右。

Ti/Al异种合金激光熔钎焊过程气孔形成机制

采用矩形光斑CO2激光为热源,以AlSi12作为填充焊丝进行钛/铝异种合金的激光熔钎焊试验,发现气孔是导致接头失效的一个主要因素。结果表明,钛/铝异种合金激光熔钎焊的气孔缺陷主要是由镁元素的气化所致。光束的偏移量及激光功率是影响气孔产生的主要因素。界面棒状的金属间化合物长度低于10μm时一般不产生气孔,而气孔的直径与焊缝内部的微观组织有关。

铝/钛异种合金激光熔钎焊接头温度分布

以5A06铝合金和TCA钛合金为母材，AlSi12焊丝为填充材料，进行了激光熔钎焊试验．在分析激光填丝熔钎焊传热行为的基础上，建立了3种激光加热模式的热源模型，并采用有限元方法对激光垂直加热、倾斜加热、光束偏置加热以及矩形光斑加热模式下接头温度场进行了计算和分析．结果表明，在铝，钛异种合金的激光熔钎焊过程中，焊缝两侧温度分布严重不对称，将光斑中心向铝合金一侧偏离焊缝中心线0．4～0．6mm可避免钛合金界面局部过热；采用椭圆光斑加热时，加热效果与圆形光斑相近；采用矩形光斑加热，接头界面上下温度分布较为均匀．

电流辅助钛/铝异种合金激光熔钎焊的特性

采用电流辅助激光熔钎焊的方法对钛/铝异种合金的焊接特性进行研究。结果表明:激光功率对钛/铝异种合金接头的力学性能及微观组织有着明显的影响;辅助电流可有效地降低焊接过程中所需的激光功率,促进焊丝及铝合金母材的熔化,提高液态金属对母材的润湿铺展能力,在一定程度上促进了界面反应。

光斑形式对Ti/Al异种合金激光熔钎焊特性的影响

采用椭圆形和矩形两种光斑形式对Ti/Al异种合金进行了激光填丝熔钎焊的试验研究,分析了不同工艺参数对焊缝成形的影响规律,获得不同热源作用方式下的界面形态规律及其对界面强度的影响。结果表明,采用椭圆形光斑和矩形光斑进行激光填丝熔钎焊均可获得较满意的焊缝成形。其中矩形光斑具有更好的焊接适应性,更容易控制焊缝成形。抗拉强度测试结果表明,椭圆形和矩形光斑接头的最高抗拉强度分别达到铝母材的75%和80%。

5A06铝合金/镀锌钢预置涂粉对接激光熔钎焊组织与性能

通过预置金属粉末的方法实现了5A06铝合金/镀锌钢异种金属涂粉的对接熔钎焊连接,获得了具有熔焊和钎焊双重特征的对接接头。运用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射仪（XRD）分析了接头微观结构和成分,并测试了接头力学性能。结果表明：界面处形成了厚度不均的锯齿状金属间化合物层,化合物层由Fe2Al5和FeAl3组成,厚度约2.5-7μm。在镀锌钢的上表面钎焊界面处,金属间化合物层最厚,其厚度随激光功率的增加而增大。采用预置金属粉末,在合适的焊接参数下,可以控制金属间化合物层厚度最大不超过10μm,得到具有一定抗拉强度的铝/镀锌钢对接接头。

基于Al元素界面调控的镁/钛激光熔钎焊接特性

文中选用含Al量元素含量为9%(质量分数)的AZ91焊丝作为填充钎料,采用激光填丝熔钎焊的方法,利用焊丝中Al元素配合激光局部加热的特性改善非互溶不反应镁/钛之间的界面反应.探索工艺参数对焊接质量的影响规律,分析焊接接头力学性能及组织特征.结果表明,添加AZ91焊丝能够实现AZ31B镁合金/TC4钛合金的可靠连接,接头最大载荷达到1 520 N,发现焊丝中Al元素能够在激光快速加热冷却过程中偏聚到界面,并与钛侧发生冶金反应生成AlTi_3化合物,界面由较薄的反应层(2μm以下)组成,达到既实现界面冶金结合,又将反应层厚度控制在不影响接头力学性能的范围之内.

金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响

针对在铝/钢焊接过程中,钢的表面金属镀层对铝/钢激光熔钎焊接头性能有着重要影响的问题,研究铝合金在不同金属镀层的低碳钢表面的铺展效果,通过SEM对不同金属镀层下熔钎焊接头界面微观组织形态、金属间化合物厚度、种类等进行分析,并进一步研究不同金属镀层下铝/钢接头的力学性能及断口形貌。结果表明:钢表面的金属镀层对铝/钢激光熔钎焊过程中5A06铝合金在钢上的铺展与浸润有着较大的影响,其中5A06铝合金在镀铝钢上的铺展效果最佳,且铝合金与镀铝锌钢熔钎焊的接头抗拉性能最好,达到母材铝合金的70%。铝/钢界面金属间化合物主要由铝铁金属间化合物组成,其中在镀铝钢、镀铝锌钢、镀锌钢中主要存在Fe2Al5,FeAl3,FeAl等金属间化合物,在镀镍钢界面中还存在Fe4Al13等金属间化合物。

钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊数值模拟

采用ANSYS有限元软件,建立了钢/铝异种金属光纤激光熔钎焊有限元模型,并采用熔池边界准则验证了其准确性,在此基础上计算了工件的应力与变形.结果表明,工件上的纵向峰值拉应力出现在焊缝底部热源后方的钢母材一侧,随着焊接过程的持续进行,其数值不断增大,焊接结束瞬间(13 s)达到最大值203 MPa;工件上的应力场呈不对称分布,热源附近区域存在较大应力梯度;工件最大变形量为0.882 mm.

异种合金激光熔钎焊技术的现状与展望

文中对近年来新出现的异种合金激光熔钎焊方法进行了评述,在润湿铺展性能、接头形式和界面反应机制三个方面进行了分析,并结合国内外现有的研究成果,提出了异种合金激光熔钎焊目前需要解决的几个问题,进一步推进激光熔钎焊新方法的应用。

铝/钢金属超声波辅助激光熔钎焊组织及性能

采用Al-Si合金作为填充金属,在超声波辅助激光熔钎焊条件下,实现了铝/钢异种材料的连接。研究了超声振动对接头界面结构、焊缝金属的晶粒尺寸及力学性能的影响。不施加超声振动时,在焊缝与钢的界面热源中心处形成了三层总厚度范围为8.3~12.3μm的金属间化合物,远离热源中心处金属间化合物厚度范围为1.5~2.6μm,接头强度较低且断裂位于焊缝与钢的界面处。应用700 W超声振动后,填充金属对钢的润湿能力增加,焊缝晶粒尺寸由32μm降低至19μm,界面处金属间化合物为0.5~1.0μm的连续薄层θ相。这些共同导致断裂改变至铝合金侧熔合线附近的焊缝中,接头强度是不施加超声振动时强度的1.6倍。