表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm^(2);当表面张力温度系数为-3.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm^(2);当表面张力温度系数为-4.9×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm^(2).

激光焊接过程的熔池动态行为研究

文中首先采用高速摄像在线监测系统对激光自熔焊、激光填丝焊熔池动态行为进行分析,并对焊缝成形进行对比分析,进一步采用数值模拟的方法对激光自熔焊、激光填丝焊填充金属作用下的焊接熔池动态行为进行对比分析.研究结果表明,激光自熔焊匙孔壁后方熔池表面附近出现由匙孔开口处向熔池尾部流动的情况,在匙孔开口后方出现了金属隆起,金属的隆起尺寸较大,激光自熔焊焊缝成形较差,表面有凹坑出现.激光填丝焊匙孔壁后方熔池表面出现由匙孔开口处向熔池尾部流动的情况,但在其下方出现由熔池尾部回流向匙孔的流动,虽然也会产生焊接飞溅,但焊接飞溅的尺寸相对较小,而且由于液态金属的填充作用,焊缝表面不易出现下凹的缺陷,焊缝成形良好.与激光自熔焊相比,液态熔滴进入熔池后,匙孔壁后方的熔体流动速度波动程度明显增大.

钛合金/钢异种材料熔化焊研究现状

钛合金具有比强度高、耐腐蚀和耐高温等优点,但其推广应用受限于高制造成本。而钢是应用最广泛的传统结构材料,具有制造成本低、力学性能优异等优点,但其具有高温可靠性且耐蚀性较差、密度比较大。钛合金/钢异种材料的高可靠性连接能充分发挥两种材料在性能和经济上的优势互补,在航空航天、能源化工、海洋装备和医疗器械等诸多领域具有广阔的应用前景。因此,开展钛合金与钢连接方面的研究工作具有重大意义。钛合金和钢在物理化学性能方面的差异导致二者连接过程中存在诸多问题,主要集中于以下两个方面:(1)残余应力大。由于热膨胀系数的差异性,钛合金/钢异质材料连接接头会产生较大的残余应力,严重影响连接接头的可靠性。(2)脆性金属间化合物的形成。室温下,Fe在Ti中的固溶度极小(仅为0.05%~0.1%),而在钛合金/钢连接接头中容易形成一系列Fe-Ti脆性金属间化合物,造成接头脆化、韧性降低甚至开裂。近年来,研究人员通过改变连接工艺和制备合金化焊料等措施调控脆性金属间化合物的形成,改善接头的可靠性,取得了一些突破性进展。在诸多连接方法中,熔化焊方法具有焊前准备简单、生产效率高和连接件尺寸外形限制少等特点,是实现钛合金/钢异质金属高可靠性连接的主要焊接方式。本文总结了近年来采用熔化焊方法实现钛合金/钢连接的国内外研究成果,探讨了中间层种类、焊接参数对接头微观组织演变和力学性能变化的影响规律,讨论了钛合金/钢连接技术存在的问题,以期为钛合金/钢连接领域的研究和技术发展提供理论依据及技术参考。

高通量方法在钎焊领域的应用现状

高通量方法作为"材料基因组技术"三大核心要素之一,在材料成分设计、组织分析、性能优化、过程模拟等方面起着关键性作用.钎焊技术作为焊接与连接领域的重要分支之一,是现代制造业中材料连接应用最广的方式.首先对高通量方法在钎焊领域的应用研究进行概述,其次主要对近5年有关高通量制备钎料、软钎焊和硬钎焊领域高通量计算方面的最新研究进行高度归纳、总结,最后提出了目前钎焊基因工程研究的局限性,特别是高通量方法与钎焊技术有机组合方面存在的不足之处,同时指明了高通量方法在钎焊领域应用研究发展的方向,为未来实现钎焊4.0、智能钎焊工厂等提供技术支撑和参考信息.

热处理对钛合金激光填药芯焊丝焊接接头组织和性能的影响

通过激光填丝焊接方法并采用自主开发设计的钛合金药芯焊丝,进行TC4钛合金板的焊接,对获得的焊接接头进行920℃/1 h+650℃/2 h固溶时效处理,并与焊态焊接接头的组织性能进行对比分析。结果表明:热处理态焊接接头焊缝由α_(p)相、α_(s)相集束、α_(gb)相典型的三态组织及点状分布的残留β相构成,未见焊态焊缝中的α’马氏体组织,使焊缝的强度-塑性-韧性得以兼顾;热处理态焊接接头强度降低但延伸率和室温冲击韧性增加;热处理态焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围,韧窝深且均匀,呈微孔聚合韧性断裂。焊态焊接接头中焊缝区晶粒间的取向差大于15°的大角度晶界占比约83.78%;热处理态焊接接头焊缝中晶粒间的取向差大于15°的大角度晶界占比约为90.21%;通过XRD测试,发现焊态焊缝中主要由α’马氏体组成,还有少量极弱的多角度α相衍射峰,而热处理态焊缝中α相衍射峰中心角度位置与焊态焊缝中α’马氏体一致,另外还发现了较为尖锐的β相(110)衍射峰。

基于第一性原理的镍/碳化钨复合钎涂层界面分析

镍/碳化钨复合涂层具有高硬度、高耐磨性、低摩擦因数等优点,已在农业机械、磨料磨具、新能源领域广泛应用。为此,采用第一性原理密度泛函理论研究工程机械用镍/碳化钨复合钎涂层Ni(111)/WC(0001)界面和Ni(111)/W2C(0001)界面行为,讨论碳化钨增强镍基复合钎涂层中W_(2)C相对耐磨涂层性能的影响规律。第一性原理计算结果表明,选取5层Ni(111)表面、9层WC(0001)表面和9层W2C(0001)表面代替块体特征,在6种堆叠方式中,Ni(111)/WC(0001)界面C终端B位置堆叠黏附功最高为7.42 J/m^(2),即界面结合强度最高;系统分析不同界面电子结构发现,镍原子更倾向与碳原子结合成键,Ni-C之间主要为离子键特性,界面镍原子金属键性质比非界面镍原子大幅减弱,复合涂层界面应严格控制W_(2)C相生成。可为高耐磨高硬高强复合涂层的制造生产提供理论依据。

陶瓷/金属异质钎焊连接研究进展

钎焊作为制造业中材料连接较广泛的方法之一,在医疗、电力电子和汽车等领域应用广泛,各国学术界认为钎焊是陶瓷/金属异质连接中最有效、最具有发展潜力的连接方式。本文主要对近20年各国有关陶瓷/金属钎焊异质连接的研究报道进行详细综述。首先综述了陶瓷/金属钎焊的研究概况,其次分别从氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、陶瓷基复合材料4种陶瓷材料方面以及活性金属钎焊、空气反应钎焊、接触反应钎焊、玻璃钎焊和超声波辅助钎焊5种钎焊方法详细评述陶瓷/金属异质钎焊的研究进展。然后介绍了陶瓷/金属异质钎焊在医疗、电力电子和汽车领域的应用,最后指出陶瓷/金属异质钎焊技术研究和发展过程中存在的不足,并展望陶瓷/金属异质钎焊技术未来发展的方向,为陶瓷/金属异质材料连接的相关研究和工程应用提供理论依据和技术支撑。

银铜镍钎料钎焊高氮不锈钢的分子动力学模拟

利用Lammps软件对AgCuNi钎料真空钎焊高氮不锈钢的相关二元体系(Fe-Cu和Fe-Ni)元素扩散过程进行分子动力学模拟。结果表明,Fe-Cu和Fe-Ni二元体系相互扩散现象明显,扩散层厚度随着扩散时间增加而增加。在Fe-Cu体系的扩散过程中只有原子相互扩散,但Fe-Ni体系的扩散过程中既有原子扩散又有中间相生成。在Fe-Cu二元体系中,Fe原子的均方位移和扩散系数均大于Cu原子,因此Fe原子的扩散能力大于Cu原子。在Fe-Ni二元体系中,Fe原子的均方位移和扩散系数都大于Ni原子,因此Fe原子的扩散能力也大于Ni原子。随着扩散温度升高,原子均方位移和扩散系数增大,扩散能力越强。

保护气体对低镍不锈钢激光-电弧复合焊电弧特性及组织性能影响

为揭示保护气体对低镍含氮奥氏体不锈钢焊接接头微观组织和力学性能的影响机制,分别采用92%Ar+8%N_(2)与95%Ar+5%CO_(2)2种混合比例的保护气体对QN1803低镍含氮奥氏体不锈钢进行了激光-MAG电弧复合焊。结果表明:氮气的加入使焊接接头平均显微硬度有所下降;电弧收缩明显,焊接飞溅增加且体积增大,电弧稳定性变差;焊缝中奥氏体含量增加约20%,而铁素体枝晶变细,二次枝晶臂变短。焊缝组织中未发现σ相及氮化物析出;从4个晶面观察奥氏体晶粒尺寸也是随着氮气的加入而减小,焊接接头硬度及拉伸性能略微下降。