焊接能量对铝镍超声波焊接接头性能的影响

铝镍作为重要的电极材料,研究其连接机理和接头优化工艺具有良好的应用前景.对1A99铝合金和N4镍合金异种金属进行超声波焊接工艺研究,重点分析焊接能量对接头力学性能、宏观形貌、原子扩散和断裂模式的影响.结果表明:在超声波焊机的高频振动作用下,能实现铝镍异种金属的有效连接.当焊接能量为600 J时,接头的拉伸载荷可达到1 121 N;超声波焊接过程中,铝侧发生软化,而镍侧硬度略微提高;铝侧的压痕深度随能量的提高而增加,当能量达到700 J时,接头沿厚度方向发生变形.扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表明,在优化的焊接参数下,铝镍界面接合区域存在厚度为5.29μm的过渡层,发生了机械嵌合现象,没有金属间化合物的形成.本研究解决了采用传统熔焊方法导致铝镍异质金属接头脆化的问题,为促进铝镍电极材料的发展奠定理论基础.     

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.     

自然时效对铝/钛超声波焊接接头的影响

对6061-O Al合金和Ti6Al4V合金异种金属进行超声波焊接,分析焊后30min和自然时效8个月2种情况下接头的维氏硬度、最大拉伸载荷和断裂能,研究自然时效对接头力学性能的影响.结果表明:经自然时效后,接头铝侧的硬度得以提升,硬度分布由"W"形转变为倒"U"形;自然时效可以显著增大接头的最大拉伸载荷,并使其断裂模式由"纽扣"模式转变为"界面"模式;然而,接头的断裂能在自然时效之后反而降低.因此,自然时效可以有效提高铝/钛异种金属超声波焊接接头的力学性能.     

铝钢电阻单元焊接头力学性能模拟

电阻单元焊接头综合了熔化焊和机械连接的效果,其力学性能由2种连接方式共同决定,而三维有限元模型是研究铝钢电阻单元焊接头力学性能的有效手段.通过金相试验接头宏观形貌,结合硬度实验和经验公式确定接头各区域材料的力学性能,以此作为模型输入.通过该模型,对试验过程中接头断面的几何形貌演化规律以及应力分布特征进行了分析,并结合试验结果研究了接头的失效模式,为揭示接头失效机理提供了借鉴.     

压缩/直径比对纯铜对接冷压焊焊接接头的影响

冷压焊由于其不存在熔化区、焊接热影响区,在功能材料连接时具有突出优势.以压缩/直径比为单一变量对纯铜棒进行对接冷压焊工艺试验,并结合接头变形过程应变数值模拟计算与组织分析探讨获得较好的焊接接头强度的条件.结果表明:随着纯铜棒压缩/直径比增大,焊接接头各个区域的有效塑性应变值增加,连接界面处最大有效塑性应变量由2.6增加至2.9.随着应变量的增加,再结晶晶粒所占的比例增加,接头抗拉强度呈现阶梯型增大规律.     

钢/铝回填式搅拌摩擦点焊接头界面形貌和组织研究

采用回填式搅拌摩擦点焊实现了钢和铝合金板的连接。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪等设备观察了钢/铝点焊接头的界面形貌,并分析了钢/铝点焊接头的力学性能与界面形貌的关联机制。结果显示,钢/铝点焊接头的断裂类型为钮扣断裂,力学性能较好。钢/铝点焊接头结合良好,未见明显的焊接缺陷。在钢/铝点焊接头界面处可以观察到钩状结构和漩涡结构,这些结构提供机械互锁效果,有利于母材的结合。钢/铝点焊接头界面处形成了主要元素为Al、Fe和Si的金属间化合物层。有效的冶金结合和机械结合是钢/铝点焊接头性能良好的主要原因。     

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.     

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.     

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.     

扩散焊接条件下复合材料接合区界面行为研究

对复合材料SiCw-6061A1扩散焊接接合区基体-基体、弱吉相-基本、弱强相-增强相三种界面行为进行了探索性的研究,分析了接头微观组织及其力学性能。研究表明,在试验范围内,当焊接温度低于复合材料固相线温度时,基体-基体界面可以实现良好结合,而增强相-基体-增强相-增强相界面难以实现结合。发现在铝基复合材料SiCw-6061Al液、固两相温度区间存在一个“临界温度”,当焊接温度达到该温度时,接合区出现一定数量的液态基体金属,不仅基体-基体、增强相-基体界面可以实现较好结合,而且增强相-增强相界面将转化为增强相-基体-增强相界面,焊接接头强度达到母材强度;在此基础上首次提出“非夹层液相扩散焊接”新工艺,成功实现复合材料SiCw-6061Al扩散连接。     

激光-MIG复合热源钢/铝异种金属深熔钎焊

采用激光-MIG(Melt Inert-Gas)电弧复合热源实现了4和6 mm厚的钢/铝异种金属对接接头深熔钎焊,并利用扫描电子显微镜观察力接头界面微观组织特征.通过有限元软件分析电弧熔钎焊、激光熔钎焊、激光-MIG复合深熔钎焊三种焊接方法所获接头温度场,同时分析了激光偏转角度对激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布的影响.结果表明,激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布相较于电弧、激光熔钎焊而言较为均匀,接头下部的温度得到明显的提高,可有效增加液态金属在钢表面的润湿铺展程度,有利于获得较为良好的焊缝成形.在激光-MIG复合深熔钎焊过程中,可以通过调整激光偏转角度提高接头界面下部温度,改善界面温度梯度,有利于生成均匀的金属间化合物层.4 mm厚钢/铝激光-MIG复合深熔钎焊焊接接头有着典型的熔钎焊特征,成型质量良好且无明显缺陷生成.界面层化合物为Fe4Al13和Al8Fe2Si,焊缝由α-Al和Al-Si共晶相组成.激光-MIG复合深熔钎焊可实现6 mm对接接头连接,但界面处存在微裂纹.     

LY12铝合金的搅拌摩擦焊接工艺研究

根据摩擦搅拌焊接(FSW)的固相塑性连接工艺特点,在FSW焊机上进行大量的LY12铝合金连接试验.针对接头成型特点、微观组织及力学性能等,研究了焊接规范参数对于焊缝成型的影响,确定了最佳焊接参数.结果表明,当转速在1050r/min时,随焊速增加,接头强度下降;在焊速20～60mm/min内焊接时,接头强度下降不很明显,因此在此范围内均可得到强度较高的接头.其中焊速在20mm/min时可得到强度最高的接头,其强度值为320MPa,是母材强度的73%,而用常规焊接方法进行连接时强度只有60%～70%.     

SnBi/Cu焊接接头的剪切性能及界面微观组织分析

通过对断口形貌和界面微观组织的观察分析,研究了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切断裂机理.结果表明:3种Sn-Bi/Cu焊接接头均在弹性变形阶段断裂,并且均沿Sn-Bi焊料/Cu基板界面处断裂.孔洞降低了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的有效连接面积,从而降低了其剪切强度.根据3种Sn-Bi/Cu焊接接头断口形貌,Sn59.9Bi40Cu 0.1/Cu和Sn57.9Bi40Zn2Cu 0.1/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理、沿晶脆性断裂和韧窝的混合型断裂,而Sn42Bi58/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理断裂.微观组织分析显示,3种焊料合金焊接接头界面处的金属间化合物层均为连续的Cu₆Sn₅相.     

Zn粉辅助Al?Mg异种合金搅拌摩擦搭接连接

对厚为2mm的镁合金AZ31B和铝合金6061-T6板材搭接面涂敷Zn粉诱导搅拌摩擦搭接连接.采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(FEG-450)、能谱仪(EDS)研究了焊接速度为50mm/min,不同转速600~1 400r/min下接头的组织,并用显微维氏数值硬度仪和剪切试验对接头的力学性能进行了表征,同时用XRD对剪切断口进行了分析.结果表明:Zn粉的加入可有效阻止镁铝之间的互扩散,降低脆性相Al-Mg系金属间化合物的产生,提高了镁/铝搭接接头的抗剪切载荷,改善了接头的力学性能.     

低合金高强钢的焊接工艺与组织性能研究

研究了焊接热输入对S700MC钢焊接接头宏观形貌、硬度、拉伸性能、冲击性能和冷弯性能的影响,优化了S700MC钢的连接工艺。结果表明, 4种焊接工艺下焊接接头都成形良好,不同焊接道次的各区域都没有发现焊接缺陷;随着焊接热输入从焊接工艺Ⅰ增加至焊接工艺Ⅳ,焊缝区宽度和焊缝区两侧软化区宽度都有所增加,焊接接头抗拉强度与母材抗拉强度比从99.17%减小至92.57%,而强塑积则先增后减,在焊接热输入为18.24 KJ/cm时取得最大值,且4种焊接工艺下焊接接头的拉伸断裂位置都处于热影响区。焊接接头的-20℃冲击功随着焊接热输入增加而先增大后减小,在焊接热输入为18.24 KJ/cm时取得最大值。焊接线能量为18.24KJ/cm时, S700MC钢焊接接头具有最佳的综合力学性能,可为作为钢结构适宜的焊接工艺。     

厚板搅拌摩擦焊接头的组织与性能

针对厚度为30mm的1060铝合金板材搅拌摩擦焊对焊连接,采用在试板上加工盲孔的方法减少了焊接时大量的飞边.分析了焊缝的组织与力学性能.结果表明:1060铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接成形良好.沿厚度方向上的抗拉强度呈先下降后上升的趋势,热影响区与热机影响区之间金属流动性不同,存在明显的结合线,由于该区域组织存在不连续性导致应力集中,拉伸试样的断裂位置主要存在于热影响区与热机影响区的交界处.在焊接接头上部与中部的后退侧的显微硬度高于前进侧,而下部后退侧的显微硬度低于前进侧;焊缝中部的显微硬度随着厚度增大而减小得比较明显,而前进侧与后退侧的减小程度比较小.     

焊接电流对镁/镀锌钢 TIG熔--钎焊接头显微组织与力学性能的影响

采用TIG熔-钎焊焊接方法,以镁合金焊丝为填充材料,对镁合金与镀锌钢进行连接实验,并分析热输入量对接头显微组织和力学性能的影响.热输入量过小会阻碍镁/钢界面反应层的形成而使得焊缝难以焊合,热输入量过大又会促进焊缝内部脆性第二相的长大,降低接头力学性能.接头强度随着焊接电流和焊接速度的增大都呈现先上升后下降的趋势,电流为70 A时强度达到最大,该值接近AZ31B母材的88．7%.此时断裂发生于焊缝熔焊区,断面出现大量韧窝和撕裂棱,呈现出塑性断裂特征.     

铝/钛超声波金属焊接参数的工艺优化

通过设计交互正交试验,以接头的拉伸载荷和信噪比为评价指标,对铝/钛异种金属超声波焊接参数进行工艺优化.以焊接能量、振幅、压力为参数,设计成三因素、三水平的L27交互影响正交试验.并对试验结果进行极差和方差分析、F验证和试验验证.结果表明:焊接参数主次顺序为能量振幅压力,其对拉伸载荷的贡献率分别为86%、8%、4%,;获得最大拉伸载荷的工艺参数组合为能量950,J、振幅75,mm、压力0.552,MPa(A_3B_2C_2);获得最稳健拉伸载荷工艺参数组合为能量900,J、振幅70,mm、压力0.621,MPa(A_1B_1C_3).     

CFRP/Al四钉铆接接头性能研究

碳纤维复合材料（CFRP）作为一种新型轻质材料,与金属的连接问题备受关注.本文设计了CFRP/Al四钉铆接接头试样结构,通过试验与仿真对比,观察单搭接接头和T型连接接头的失效形式、位移-载荷曲线,验证接头三维累计损伤有限元模型的有效性.通过仿真比较不同接头尺寸对四钉接头力学性能的影响.结果表明,在一定范围内,铆钉直径越大,剥离强度越大,铆钉直径为5 mm时,剪切强度最大;铆钉排距为25 mm时,剪切强度最高,剥离强度会随着排距的增加而增大;铆钉列距越大,剥离强度越大,当列距为15 mm时,剪切强度达到最大值.因此,铆接方式能够有效解决CFRP和铝合金的连接问题,并且选择合适的接头尺寸可以提升接头的力学性能.