钛合金与不锈钢真空扩散焊接的研究

对铁合金TC4与不锈钢ICrl8Ni9Ti异种金属扩散焊接头的结合性能进行了试验研究，利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针仪等对接头进行了微观分析．结果表明：TC4/1Cr19Ni9Ti直接扩散焊时，由于母村组元的相互扩散和迁移，在交界面附近形成了金属间化合物层，而导致接头脆断．采用钒十铜作中间过渡金属，则有效地防止了Ti与Fe、Cr、Ni的相互扩散和迁移，保证了钛合金TC4与不锈钢1Cr18Ni9Ti的良好连接．接头的强度与软质中间层铜的厚度有关，最高强度可接近母材不锈钢的下限．     

超声波辅助钎焊铜与石墨的组织及性能

采用四元合金Ag30Cu25Zn4Ti作为活性钎料,在大气中利用超声波辅助钎焊技术对铜和石墨进行了钎焊.通过改变超声波作用时间和方式,研究了不同超声波作用时间下钎料氧化膜破碎的效果,及其与TiC反应层形貌之间的关系.采用扫描电子显微镜对钎焊接头的微观组织进行了观察,最后对钎焊的接头进行了力学性能分析.结果表明:随着超声波作用时间的延长,液态钎料中的氧化膜逐渐减少,最终完全消除;与此同时,TiC反应层的厚度也在逐渐增加,最终趋于稳定.钎焊接头的组织由铜侧到石墨侧依次主要为Cu/Cu-Zn金属间化合物,Ag基固溶体和Cu基固溶体/TiC/石墨,钎焊接头的剪切强度最大值为18 MPa,界面的结合主要是超声波作用下活性元素Ti在石墨侧的偏聚形成TiC反应层而形成的.     

铝/钢异种金属熔钎焊技术发展现状

目的总结铝/钢异种金属熔钎焊技术的国内外研究现状,为实现铝/钢高质量熔钎焊接提供参考。方法对比电弧、高能束、复合热源及激光填丝/粉熔钎焊接方法的优缺点,并对铝/钢异种金属熔钎焊的发展方向进行展望。结果铝/钢异种金属连接的难点是如何抑制Al-Fe金属间化合物的生成,熔钎焊主要通过控制热源位置、热输入等方法减少焊缝中Fe含量抑制脆性金属间化合物的生成。结论磁场辅助激光填丝/粉焊接不仅能够抑制Al-Fe相的形成,还可以细化焊缝组织并消除气孔缺陷,是铝/钢异种金属熔钎焊技术的研究热点。     

双道次搅拌摩擦焊后Cu-Al接头的成型及界面组织

对异种金属纯铜、纯铝板材进行了搅拌摩擦单道次焊与双道次焊试验,试验中采取搭接焊方式,使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)对焊接接头成型及组织进行研究.结果表明:单道焊能够形成良好的搭接接头,但易出现孔洞缺陷,双道次焊能消除单道次焊接产生的孔洞缺陷.单道次焊的界面金属间化合物由Al_2Cu层和Al_4Cu_9层组成,双道次焊后的界面金属间化合物只有Al_2Cu层.单道次和双道次焊接后金属间化合物层总厚度小于1μm,双道次焊后界面金属间化合物层更薄.     

铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析

以热力学基本定律为基础,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面金属间化合物形成的吉布斯自由能变化计算模型.应用所开发的计算和绘图程序,得到铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面处Al-Fe金属间化合物相形成的标准吉布斯自由能变化与温度关系的图形,分析在焊接接头界面处可能形成的Al-Fe金属间化合物相的种类,并与焊接实验结果进行比较.模拟结果表明:在Al-Fe界面上形成Fe2Al5和FeAl3金属间化合物,与实验结果基本一致,所建立的热力学模型是合理的.     

铝和钢异种金属焊接发展现状

对近年来铝钢焊接的各种常见的焊接方法（压焊,搅拌摩擦焊接,钎焊,熔焊）进行综述,认为铝铜的异种材料焊接关键在于对金属间脆性化合物层进行控制。详细介绍了压焊,钎焊在控制化合物层厚度上的优势。指出各种焊接方式在实际生产中的不足,并对铝钢焊接研究方向进行展望。     

铝合金/不锈钢冷金属过渡熔-钎焊的接头性能

以ER4043(AlSi5)型焊丝作为填充金属,利用冷金属过渡熔-钎焊技术焊接异种材料6061铝合金与304奥氏体不锈钢,研究了不同焊接速度条件下焊接接头界面化合物层的物相组成及其抗拉强度.结果表明:通过优化焊接工艺参数能够得到连续均匀的焊缝,而且当焊接速度达到420mm/min时,焊缝表面的成形质量最好;在焊接接头的铝/钢界面形成了一定厚度的Fe-Al化合物层,其主要成分为Fe_2Al_5及FeAl_3相;焊接接头的抗拉强度为40 MPa,焊接接头的断裂发生于铝/钢的界面处,断口呈脆性断裂.     

AgCuTiZr钎料激光钎焊钛/钢连接机理与接头性能

钛和钢广泛应用于“陆海空天”等领域,由于钛与钢的物理化学性能差异,连接界面常形成大量脆性金属间化合物,限制了其广泛应用。在分析钛/钢异种材料焊接的基础上,采用激光钎焊工艺,利用自行研制的AgCuTiZr钎料进行了钛/钢连接实验研究。结果表明,该活性钎料对基体材料润湿性良好,钎焊层组织致密、表面平整;在结合界面处出现了活性元素的扩散,钎焊层中有多物相共存,界面间实现了化学冶金结合;AgCuTiZr活性钎料激光钎焊层具有较高的硬度,达到基体材料的1.5倍,耐磨性与被连接材料45钢/TA2基本一致,抗拉强度达到595 MPa,实现了两种被连接材料的可靠连接。激光热源的显著优点适合于异种金属材料的钎焊连接。     

时效处理对Sn57Bi0.5Ag/Cu钎焊接头组织及性能的影响

研究了Sn57Bi0.5Ag/Cu钎焊接头在70℃、100℃时效过程中的显微组织和剪切强度的变化。结果表明:在钎料和Cu基体的界面间存在金属间化合物,随时效时间的延长,界面金属间化合物层的厚度增厚,接头区的组织出现了粗化;脆性的金属间化合物是钎焊接头的薄弱环节,接头剪切强度随时效时间的增加和界面化合物的增厚而下降;在时效时间达1000min以后,容易在金属间化合物层内观察到空洞。     

Ti6Al4V和Al2A12的扩散连接界面组织及力学性能

采用热等静压(HIP)工艺连接Al2A12和Ti6Al4V两种不同的航空航天用材料.利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪观察连接过渡区的微观组织和组成的演化,并测试其主要的力学性能.结果表明:采用热等静压制备这两种材料的界面连接好;Ti/Al反应层界面处形成了不同的金属间化合物,例如,Al3Ti、TiAl2和TiAl;连接接头处硬度为163HV,界面连接处剪切强度达到了23MPa,比只添加镀层而无中间层的连接强度提高了约17.9%,但低于带有中间层的连接强度.由于过烧和孔隙的形成使得断裂方式是脆性断裂.由此可知,在热等静压成形过程中异种材料的元素发生了相互扩散,在扩散连接处形成了不同的金属间化合物,这些金属间化合物影响连接处的力学性能.     

Ti/Cu/不锈钢爆炸复合界面层的电子显微组织

采用扫描电镜(SEM)与电子探针(EPMA)研究了Ti(合金)/Cu/不锈钢(S.S)爆炸复合界面层的电子显微组织特征,分析了界面层成分再分布规律及化合物的形成。结果表明,CU/S.S界面层具有明显的爆炸焊接波状组织,波长约200μm。Ti/Cu界面层呈锯齿波状,比较细小,波长仅30～40μm。在中间过渡层Cu,观察到大量的应力应变流线,显示爆炸复合过程冲击波流动特征。SEM照片及EPMA合析结果表明:在高温、高压、快速爆炸焊接过程中存在着复杂的冶金物理反应,形成多种反应产物。界面层除发生塑性形变外,还存在相互扩散,熔化和回复再结晶。     

焊接热输入对镁合金与镀铜钢冷金属过渡焊接接头性能和缺陷影响

利用冷金属过渡焊(CMT)对镁合金和镀铜钢异种金属进行焊接,填充材料选择AZ31镁合金焊丝,对焊接接头的显微组织进行检测,分析焊接接头的性能和缺陷。实验结果表明:Cu元素对镁合金在钢表面的润湿铺展起到良好的促进作用,焊接热输入影响Cu元素对镁/钢表面的润湿铺展效果。焊接接头产生富铜区,易产生裂纹,降低了焊接接头强度。经过拉伸测试,在焊接热输入为212. 2 J/mm时,焊接接头强度达到最大值3. 99 k N,但在焊接热输入达到254. 6 J/mm时,焊接强度反而降低,这是由于钎焊区生成了大量的中间层脆性化合物。焊接接头组织中检测到气孔、夹渣和裂纹等焊接缺陷的存在,这与母材表面的氧化膜和焊缝内应力有关。     

Be/Cu/HR-1不锈钢扩散连接界面特性

以Cu为中间层材料,采用Greeble1500热模拟试验机对Be/HR-1不锈钢进行扩散连接试验,利用PME Olympus Tokyo光学显微镜、扫描电镜(SEM)、显微硬度计(HV-1000)、X射线衍射仪研究分析了其界面特性.研究表明,Cu层过渡材料能有效阻碍Be和Fe之间的互扩散以及阻挡不锈钢中合金元素Ni、Cr等向铍基体的扩散,从而阻碍了它们之间金属间化合物在扩散区内的形成,但它也带来了新的金属间化合物如Be2Cu;金属间化合物优先沿晶界生成,呈三维网状分布;元素的扩散主要沿晶界进行,且扩散不是各个部位均等的向前推进,也没有单一的金属间化合物薄层形成;试样的断裂位置在Be/Cu界面处.     

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.     

镍钛形状记忆合金与不锈钢异种材料焊接的研究进展

镍钛形状记忆合金(nickel titanium shape memory alloys,Ni-Ti SMA)因具有超弹性和生物相容性而广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。为了满足越来越高的应用要求,Ni-Ti SMA与其他材料的连接成为研究的热点。针对Ni-Ti SMA与不锈钢焊接中的关键问题进行了综述,总结了熔焊、压力焊和钎焊等方法的研究进展,比较了不同焊接方法对焊接结果的影响。分析了Ni-Ti SMA与不锈钢焊接接点的微观结构和断裂特征,并指出抑制金属间化合物的形成是Ni-Ti SMA与不锈钢成功焊接的关键,固态焊更有利于抑制金属间化合物的形成。     

铝铜超声波焊接接头性能的正交试验分析

通过正交试验设计研究了0.5,mm铝(Al)铜(Cu)薄板的超声波焊接,以焊接接头的拉伸力为试验指标,以极差法和方差法为分析手段,确定了焊接参数的影响程度及最优焊接参数,同时,对最优焊接参数下Al/Cu焊接接头的微观组织及连接机理进行了研究.结果表明:焊接能量对铝铜焊接接头的拉伸力影响最显著;当焊接能量为600,J、振幅为45,?m、焊接压力为0.276,MPa时,铝铜薄板实现了有效连接,拉伸力为1,247,N;铝铜接头结合面平整,并且界面处存在一定厚度的扩散层,但不生成稳定的金属间化合物;铝铜焊接接头的连接主要依靠金属键合和原子扩散两种方式实现.     

Cu/Al管气体火焰钎焊接头特征及热力学分析

通过计算Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下形成金属间化合物的各化学反应的熵变,对Cu/Al金属间化合物的形成及向CuAl2转化的趋势进行了化学热力学分析;结合XRD、SEM、EDS研究了Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊接头组织与元素分布特征。结果表明,Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下,接头中脆性金属间化合物CuAl2由Cu、Al原子的直接结合和其他Cu/Al金属间化合物与Al原子的继续反应生成,其中CuAl自主转化趋势较强;热力学计算分析与接头XRD分析结果一致。钎焊接头可分为3个特征区域:靠近Al基体侧形成了宽度约30μm的α-Al与α-Al+CuAl2二元共晶区;钎缝中心偏Al基体一侧形成了宽度约150μm组织细密的多元共晶组织区;钎缝中靠近Cu基体宽度约120μm区域,Cu的大量扩散并与Al充分反应,形成了粗大珊瑚状CuAl2。     

铝合金/钢搅拌摩擦焊与冷金属过渡焊搭接接头的拉剪载荷及显微组织分析

分别采用搅拌摩擦焊和冷金属过渡焊进行铝合金与镀锌钢的焊接试验,通过对焊缝截面显微组织、界面层成分及显微硬度的对比分析,研究影响焊接接头拉剪载荷和失效形式的因素。结果表明:搅拌摩擦焊接头的拉剪载荷接近于母材,焊缝晶粒细小、组织致密,显微硬度高于冷金属过渡焊接头,铝合金-钢异种金属界面层的结合为通过"洋葱瓣"状结构的机械咬合和冶金结合,界面层厚度约为20μm,为Al-Zn固溶体;冷金属过渡焊接头的拉剪载荷较铝母材降低了37.8%,在熔合线附近断裂,熔合线附近为柱状晶,焊缝根部存在热裂纹,显微硬度较铝母材的降低了30%,界面层厚度约为5μm,为Al-Fe金属间化合物。     

铝钢异种金属钎焊膏的研制及其性能

为实现铝钢异种金属的焊接,研制一种新型锌基钎焊膏,并对该钎焊膏在6063铝板与Q235钢板上的铺展性能、钎焊接头力学性能以及显微组织进行研究.结果表明:随着Al元素质量分数的增加,钎焊膏在铝板与钢板上的铺展面积都不断增大,而且焊接接头中形成的金属间化合物层厚度也不断增大,但超过15%之后,由于金属间化合物层过厚,因此焊接接头力学性能降低.当Al元素质量分数为15%时,焊接接头力学性能最好,剪切强度可以达到96.8 MPa,接头断口处成分主要为Zn、Al、铝铁金属间化合物和锌铁化合物.     

Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能

借助扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和微剪切试验等手段,研究了镀镍还原氧化石墨烯(Ni-rGO)增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移组织与性能。研究结果表明:在恒温120℃、电流密度1×10~4 A/cm~2条件下,随着通电时间的增加,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区金属间化合物(IMC)层Cu_6Sn_5和Cu_3Sn平均厚度增大,阴极区界面IMC层Cu_6Sn_5平均厚度减小、Cu_3Sn平均厚度先增大后减小。Ni-rGO的添加,明显抑制了Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头电迁移阳极区Cu_6Sn_5的生长及阴极区微空洞的生成,提高了钎焊接头剪切强度。通电72 h后,Ni-rGO增强Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE复合钎料/Cu钎焊接头的剪切强度较未添加Ni-rGO的提高了47.8%。复合钎料/Cu钎焊接头电迁移剪切断裂,由阴极钎缝区呈以韧窝为主的韧性断裂,向界面IMC由解理、准解理和少量韧窝组成的混合型断裂转变。