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%。

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。