Mg/Al异种材料脉冲TIG焊接头的组织结构

采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射(XRD)等测试方法,对用脉冲钨极氩弧焊(EMP-TIG)获得的Mg/Al异种材料焊接接头区的组织结构进行了研究。试验结果表明,用脉冲钨极氩弧焊焊接的Mg/Al接头组织性能良好,焊缝组织形态为细小的树枝状晶,熔合区存在柱状树枝晶、等轴树枝状晶和柱状晶三个明显的结晶过渡区。Mg/Al熔合区附近的显微硬度变化不大,通过控制工艺参数可以获得无明显高硬度脆性相的焊接接头。

Al/Cu管异种材料火焰钎焊连接

采用火焰钎焊技术 ,实现了Al/Cu管异种材料的中温钎焊连接。所采用的改进型的CsF -AlF3 钎剂Si粉含量在 1%时 ,钎焊接头的抗裂性能最好。本试验所采用的钎剂具有熔点低、免清洗、无腐蚀、钎剂活性佳和接头抗裂性能好等优点 。

Mg/Al异种材料搅拌摩擦连接金属材料流动研究

采用切片法,对3mm厚2024铝合金和AZ31镁合金异种金属搅拌摩擦连接对接接头从截面和表面两个方向逐步层切,对每一截面抛光、腐蚀、拍照,并通过二维图像对接头进行了简单的三维重构,从而确定了3mm厚铝/镁合金异种搅拌摩擦连接接头的金属材料流动状况。结果表明,接头垂直方向不同层面的金属流动模式不同,同一层面前进侧和后退侧关于对接中心线材料流动也不对称。锯齿间距等于进给速度和搅拌头转速的比值表明,搅拌头每旋转一周,材料在搅拌头后部完成一次堆积。接头中下部的孔洞缺陷是由材料流动不充分造成的。低转速进给速度比的工艺参数使得材料流动主要发生在水平层面。

铝-钢异种材料回填式搅拌摩擦点焊接头界面连接机制与力学性能研究

以5754铝合金与DC04钢为研究对象,进行了铝板在上的回填式搅拌摩擦点焊试验,研究了搅拌套下扎深度对铝-钢界面微观组织特征与接头力学性能的影响。结果表明,当搅拌套未扎入下层钢板时,冶金结合为铝-钢界面的主要连接机制。当搅拌套扎入下层钢板时,铝-钢界面同时发生机械咬合与冶金结合,其中,机械咬合主要发生在搅拌套作用区。通过工艺优化得出最优工艺参数为:转速2000 r/min、焊速0.5 mm/s,搅拌套下扎深度1.45 mm,此时接头最大拉剪失效载荷达5105 N。

Cu/Al异种材料真空扩散连接研究

采用真空扩散连接工艺对Cu/Al异种材料进行连接,焊后利用扫描电镜和EDS对焊接接头的微观组织及元素扩散行为进行了研究。在焊接温度为540℃、扩散时间为60 min、焊接压力为5MPa的工艺下,焊接接头最高抗拉强度为185MPa。

Ti/Al异种材料搭接焊的研究现状

本文对Ti/Al异种材料搭接焊的研究现状进行了综述,分类介绍了钎焊、熔纤焊和固相焊的应用,详细分析了各个焊接方法在Ti/Al搭接接头应用中的优劣,展望了Ti/Al搭接接头的工程应用前景。

TiAl/Al的连接及Ti/TiA/Al系梯度材料的制备

1473K，30MPa，1h的热压条件下烧结了Ti／Ti+TiAl／TiAl粉体叠层材料，在烧结过程中，混合层Ti＋TiAl内部发生了剧烈的化学反应（Ti＋TiAl→AlTi2），该反应波及到相邻的Ti层及TiAl层，因而形成了物相组成渐变的精细梯度结构：Ti／Ti＋AlTi2／AlTi2／AlTi2＋TiAl／TiAl．使用A176Si10Zn10Cu4质量分数，％）合金钎料在853K，20min的钎焊条件下将该材料的TiAl例与Al进行了连接界面的测试表明，钎焊过程中钎料中的元素Si向TiAl表面扩散，并有Ti-Si化合物生成对反应机理进行了探讨．最终获得的Ti／TiAl／Al系密度梯度材料不仅整体致密。

Mg/Al异种材料真空扩散焊界面区域的显微组织

采用真空扩散焊技术对Mg/Al异种材料进行了焊接。采用金相显微镜、扫描电镜 (SEM)、显微硬度计及X射线衍射 (XRD)对扩散界面附近的显微组织及性能进行了试验研究。试验结果表明 ,Mg/Al异种材料真空扩散焊在加热温度Tp=4 5 0～ 4 90℃ ,压力强度P =0 .0 8～ 0 .10MPa ,保温时间t=4 0～ 6 0min时能得到良好的扩散焊接头。扩散焊界面过渡区形成了致密的新相化合物层 ,断口形貌呈粗糙暗灰色 ,以解理断裂为主并伴有脆性的混合型断口 ,扩散界面过渡区生成了MgAl、Mg3 Al2 、Mg2 Al3

新能源电动汽车异种材料连接技术的挑战、趋势和进展

多材料混合结构在车身上的应用可以实现汽车安全性、轻量化水平的共同提升,也是如今新能源汽车工业发展的一个主要方向。先进高强钢(Advanced high strength steel,AHSS)、铝合金、工程塑料以及碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)等作为轻质高强材料的代表已广泛应用于白车身、覆盖件以及复杂结构件的制造中。

异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征及中间层的作用

利用有限元方法 ,模拟分析了异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征。分析表明 ,对接头有害的较大的残余应力区域分布在膨胀系数较小母材靠近焊缝附近的地带 ,而残余应力的最大值出现在其界面脆性相及焊缝附近靠近接头边缘的微小区域 ,降低连接温度、减少连接时间有利于减小接头残余应力 ,优化接头的界面应力状态。提出了中间层残余应力因子Rf 和中间层厚度因子Tf 概念 ,考虑到中间层的接触强化影响及被焊金属表面物理接触的形成要求 ,当选择中间层时 ,为降低接头的残余应力 ,应尽量选择 |Rf|、Tf 较小的中间层 。

Fe_3Al/Q235异种材料扩散焊界面相结构分析

采用X射线衍射、透射电镜和电子衍射技术对Fe3 Al/Q2 35真空扩散焊界面附近的微观相结构进行了试验研究。试验结果表明 ,当加热温度 10 5 0～ 10 80℃ ,保温时间 6 0min ,压力 9.8MPa时 ,Fe3 Al金属间化合物与Q2 35钢扩散焊界面附近形成了明显的扩散过渡区 ,该过渡区由Fe3 Al相和α -Fe(Al)固溶体构成 ,显微硬度约为 4 80～5 4 0HM ,不存在含铝较高的高硬度脆性相。有利于提高Fe3 Al/Q2 35扩散过渡区的韧性 ,提高扩散焊接头的抗裂纹能力。扩散过渡区中的Fe3 Al相与α -Fe(Al)固溶体之间存在着 (11- 0 ) α -Fe(Al) ∥ (0 11) Fe3Al和 [0 0 1]α -Fe(Al) ∥ [10 0 ]Fe3Al的晶体学取向关系。

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头温度场与界面微观组织

采用交流TIG焊电弧与AlSi12焊丝实现了TC4钛合金与LF6铝合金熔钎焊连接,通过有限元软件分析接头温度场,并利用扫描电镜观察接头钎焊界面的微观组织特征.结果表明,接头温度分布极不均匀,钛侧梯度大高温区窄,铝侧梯度小高温区范围广,冷却时高温区逐渐向钛侧偏移.当钨极正对钛钝边时,等温线平行于钎焊界面,温度分布均匀,有利于形成组织均匀的界面反应层.冷体熔钎焊加速了钎焊界面的冷却,降低了钛的溶解量,可抑制金属间化合物的生长.化合物层形貌由空冷时的锯齿状转变为胞状生长.

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%。

异种材料TLP扩散连接过程的非对称性

通过对SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的TLP扩散连接试验,对异种材料TLP扩散连接过程存在的非对称性进行了深入的研究,并对异种材料TLP扩散连接过程的等温凝固动力学进行了数学建模,且结合接头区域的成分分布进行了验证。研究表明:SiC颗粒增强铝基复合材料与铝合金连接接头区域连接界面向铝合金一侧偏移,接头区域溶质原子成分分布非常不均匀;由于溶质原子扩散速度以及中间层和母材冶金反应的不同,导致异种材料TLP扩散连接过程存在明显的非对称性。所建的等温凝固动力学模型能够用来解释异种材料TLP扩散连接过程,对于异种材料连接具有重要的理论意义。

Mg/Al异种材料扩散焊界面组织结构及力学性能

Mg／Al扩散焊接头界面区由铝板侧过渡层（Mg2Al3相）、中间扩散层（MgAl相）、镁板侧过渡层（Mg3Al2相）组成。SEM观察分析表明，在界面铝板侧扩散层与中间扩散层之间存在一定的扩散空洞，不利于获得接头性能优良的扩散焊接头。随着加热温度的升高界面抗剪强度呈现先增大再降低的趋势，当加热温度475℃，保温时间60min及压力0．081MPa时，接头可达到最大抗剪强度18．94MPa。接头界面扩散区的显微硬度范围为260～350HM，明显存在三个不同硬度分布区，随着加热温度的提高，扩散区的显微硬度及扩散区宽度也相应增加。

工艺参数对Ti/Al异种金属搅拌摩擦焊接头抗拉强度的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚TC4钛合金和2A14铝合金进行对接焊接,研究了搅拌头旋转速度、焊接速度和搅拌针偏移量(搅拌针中心线偏向铝合金母材后离母材对接面的距离)对焊接接头抗拉强度的影响规律。偏移量为1mm时,焊接接头容易产生裂纹、强度极低,增加偏移量有利于提高接头抗拉强度,偏移量为2.5 mm时,接头强度最高可达348 MPa。搅拌头旋转速度固定为800 r/min、偏移量固定为2.5 mm时,接头抗拉强度随焊接速度的增大先增大后减小,当焊接速度为40 mm/min时,接头的最高抗拉强度为335 MPa。当焊接速度固定为60 mm/min、偏移量为2.5 mm时,接头抗拉强度随旋转速度的增大先增大后减小,旋转速度为700 r/min时,接头的最高抗拉强度为348 MPa,达到铝合金母材强度的82.5%。

异种材料的先进连接技术

连接技术是异种材料构成连接结构的关键。常用于各种材料的连接方法主要包括熔钎焊、钎焊、扩散钎焊、扩散焊、摩擦焊等特种连接技术。

铝合金与钢的异种材料点连接研究现状

综述铝合金与钢的异种材料点连接技术的研究现状。介绍电阻点焊、搅拌摩擦点焊、自冲铆连接的工艺方法。对于铝/钢的电阻点焊,利用工艺垫片法能够改善接头温度分布;采用过渡层法能调控界面反应。铝/钢的搅拌摩擦点焊接头强度能接近铝合金同种材料接头强度。对铝合金与钢进行自冲铆连接时,铝合金作为下板时连接窗口比作为上板时较宽。

Ti/Al异种合金电弧熔钎焊接头界面断裂行为分析

采用TIG电弧的方法实现了钛合金与铝合金熔钎焊连接,分析了不同焊丝形成的熔钎焊接头的界面组织和断裂特征.结果表明,纯铝接头界面为单一的TiAl3相,裂纹主要沿着TiAl3反应层与焊缝之间的界面扩展.拉伸时首先从坡口拐角启裂,当裂纹扩展至接头反面时,断裂扩展形式转变为从焊缝金属撕裂,接头抗拉强度为139MPa.添加Al-Cu-La焊丝的接头界面结构为TiAl3+Ti2Al20La双化合物层,拉伸时沿TiAl3反应层与钛合金界面开裂,以界面内的微裂纹为裂纹源并向反应层内扩展,属于准解理断裂,接头抗拉强度达270 MPa.稀土La元素作用下形成的双化合物层是提高接头强度的关键.

异种材料连接中表面预处理及对接头强度影响的研究进展

综述了异种材料连接中表面预处理及表面状态对接头强度影响的研究,认为:1)在异种材料连接时,在母材表面沉积一层与母材或钎料之间具有良好固溶度的活性金属,能增强异种材料之间的界面反应,提高接头强度;2)通过改善母材表面的物理、化学或力学性能,可提高母材表层元素的活性,增加扩散能力,减少接头中的脆性相,从而提高接头强度.