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.     

焊接能量对铝/钛超声波焊接接头性能的影响

进行了1,mm 6061铝合金和0.4,mm纯钛异种金属超声波焊接试验研究,分析了不同焊接能量输入对焊接接头的力学性能、界面组织和原子扩散的影响.结果表明:在高频振动作用下,铝钛接触界面能够实现有效的连接;能量较小时接触界面呈现局部微连接,力学性能较低;随着能量的增大,接触界面有效连接区域逐渐增大,界面连接紧密,接头力学性能得到提高;然而能量过大时,接触界面会出现空穴等缺陷,反而导致力学性能下降.扫描电子显微镜和X射线能量散射谱分析表明,铝/钛连接界面区域没有明显的金属间化合物生成.     

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.     

焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊接头性能的影响

超声波焊接可以高效地实现长碳纤维复合材料的连接.超声波焊接常用的有3种焊接模式:时间模式、位移模式和能量模式,其控制机理不同.本文采用适应生产需求的小焊头,研究了3种常用焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊的接头性能的影响,为生产过程中的焊接模式选择提供依据,且材料表面不预设能量引导体(导能筋)以提高生产效率.本文探寻了每种焊接模式下的最优焊接参数,并将各模式下的最优参数结果进行了对比,通过监测焊接过程中的功率-位移曲线对焊接过程及机理进行了分析,采用拉伸实验和显微组织观察对分析结果进行了验证.结果表明,熔核面积是影响拉伸强度的主要因素,焊接过程的完整性对拉伸强度也有所影响,焊接缺陷普遍存在于3种焊接模式中,对焊接质量影响不大.不同的焊接模式下获得的最佳接头性能有较大差异,位移模式下得到的熔核面积最大,接头的最大承载力可达1 795.6 N;时间模式下焊点熔化后未经充分流动即冷却凝固,接头力学性能较差;能量模式下焊接时间短,熔核面积仅为位移模式下的40.5%,承载力也较差.位移模式是最适合长碳纤维复合材料超声波焊的焊接模式.     

镀锌钢光纤激光搭接焊添加铜粉的试验研究

采用4kW光纤激光器对2片1.2mm厚H220YD镀锌钢板间添加不同质量分数铜粉进行了激光搭接焊.对工艺参数优化后所得到的焊接接头进行了焊缝表面成形、力学性能、断口形貌、成分分布和主要物相等分析.结果表明:添加铜粉质量分数为2.82%时,焊接接头的平均抗拉强度和延伸率分别为382.5MPa和32.5%;添加铜粉质量分数不大于3.46%时,拉伸断裂于母材,属于韧性断裂,而添加铜粉质量分数大于3.46%时,拉伸断裂于焊缝区,属于韧性断裂为主脆性断裂为辅的混合断裂;夹层铜粉的加入,改变了镀锌钢界面的元素分布及物相组成,焊接接头焊缝区域C,Al,Mn,Fe,Zn,Cu元素的混合区宽度较大;当添加铜粉质量分数为2.82%时,Cu元素变化比较稳定,因铜能固溶于锌中形成锌铜固溶体,起到很好的固溶强化作用,故增强了焊缝的强度;当添加铜粉质量分数为8.06%时,Cu元素会向热影响区扩散,易形成Cu5Zn8脆性金属间化合物,使得拉伸易断裂于焊缝区.     

Al-Ni异种材料超声波点焊工艺参数的优化设计

采用正交试验方法对纯镍与6061铝合金薄板超声波点焊工艺参数进行优化设计.以焊接能量、压力和振幅为因素,以焊后试样拉伸载荷为表征指标设计了L27正交试验;为分析各因素交互作用对试验结果的影响,计算了各因素对表征指标的贡献率;同时,以方差分析结果作为直观分析的条件,并关注性能最优与最稳健的参数组合,阐明实际生产中应按需求选定焊接工艺参数组合.     

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).     

TC4钛合金薄板储能焊接头组织与性能

采用微型储能焊机对厚度为0．2mm的TC4钛合金薄板进行了快速连接,并研究了接头组织形貌及焊接参数对接头力学性能的影响。结果表明：储能焊能够实现TC4钛合金薄板的快速凝固焊接,焊接接头由熔核和熔核向母材过渡的熔合区（线）组成。极短的焊接时间和高的冷却速率,使得熔核凝固过程具有快速凝固特征,熔核中凝固组织得到显著细化。当焊接工艺参数为电压250V、电容6600妒、电极力20N时,接头剪切强度可达601MPa。     

铸轧法制备铜-铝-铜复合板的界面组织与性能

采用铸轧法制备了不同厚度的铜-铝-铜复合板,并分别采用拉伸试验、剥离试验、X射线衍射仪、能谱点分析(EDS)、扫描电镜(SEM)和能谱线扫描分析(EPMA)等对复合板力学性能、形貌和组成进行了检测。检测结果表明:界面层的主要组成物为α(Al)、Cu Al2、Cu9Al4。板厚从6 mm增大到14 mm时,界面层厚度和Cu、Al原子扩散程度均逐渐增加。抗拉强度从115 MPa增大到135 MPa,延伸率从25%增加至31%,剥离强度从30 N/mm增大至35 N/mm,剥离强度即为界面层结合强度。     

Mg/Al异种材料瞬间液相过冷连接工艺研究

采用瞬间液相过冷连接工艺对AZ31镁合金和5083铝合金进行连接实验,研究保温扩散时间t2对焊缝微观组织及力学性能的影响。利用SEM,EDS,XRD和微观硬度计对接头剖面的微观组织和力学性能进行表征;在拉伸试验机上测试接头拉伸强度,利用SEM对断口形貌进行分析。研究结果表明:采用瞬间液相过冷连接工艺可以实现Mg/Al异种材料的有效连接;随着保温扩散时间t2的增加,接头的抗拉强度随之提高,当t2=30 min时,接头抗拉强度最高达到20.5 MPa;拉伸断口形貌具有明显的脆性断裂的特征,铝合金侧主要有解理面和撕裂棱组成,而镁合金侧属于典型的沿晶断裂形貌;在接头处形成MgAl,Mg2Al3,Mg0.44Al0.56和Mg17Al12金属间化合物,结合界面的微观维氏硬度最高达320。     

ZK60镁合金的CO2激光焊接工艺研究

采用CO2激光焊接ZK60高强镁合金薄板,并使用金相显微镜、万能拉伸试验机、扫描电子显微镜等分析测试手段,研究CO2激光焊接接头各区域的显微组织、接头的力学性能、断口形貌特征等,分析主要焊接参数(包括激光功率、焊接速度)对焊接质量的影响,探讨高强镁合金的激光焊接工艺特点.研究结果表明:在本实验条件下,采用CO2激光焊接工艺能够实现镁合金ZK60的连接;通过适当地选择工艺参数可以获得比较理想的焊缝,接头抗拉强度可达母材强度的80.4%.     

铜镀镍磷合金薄膜的储能焊研究

在0.10 mm厚的铜基材料上进行化学镀镍磷合金层后,利用微型储能焊机对薄板进行了焊接试验,通过扫描电镜及拉伸试验机对该焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究分析.结果表明:焊接接头由熔核、熔合区和热影响区组成,在储能焊接头中形成了规则的扁平熔核,基体与增强相金属过渡良好.通过拉伸试验可知,焊接接头抗剪切强度可达26.56 MPa,焊点的断裂为韧性延性断裂,避免了脆性断裂,十分适合工程连接.     

铝基复合材料的瞬间液相扩散连接试验

分别采用Cu箔和Cu膜作为中间层,在853 K保温情况下进行了S iC颗粒增强铝基复合材料的瞬间液相扩散连接试验.用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和拉伸试验机研究了表面状态、保温时间和压力对接头显微组织和性能的影响.结果表明:合适的压力和中间层厚度能有效改善接头的组织和力学性能,接头剪切强度随保温时间延长而提高.表面状态对接头强度有较大影响.采用Cu膜作中间层由于没有氧化膜的影响,可以获得更好的接头性能,在加2 M Pa压力,853 K保温120 m in连接时接头剪切强度可达169.1 M Pa,约为母材强度的81.7%.     

焊接参数对FSW温度场和接头力学性能的影响

对5mm厚2Al2铅合金板进行了搅拌摩擦焊接工艺试验,测量了焊接过程中的温度分布,并对焊接接头进行了拉伸试验,分析了焊接工艺参数对温度场和接头抗拉强度的影响。试验表明,焊接参数直接影响焊接过程温度场的分布;大部分焊接件的强度都能达到母材强度的90％以上,即使接头出现隧道型缺陷强度也能够达到母材强度的75％以上,效果明显优于传统的焊接方法。     

三层钢铝异种板料无铆冲压接头质量及强度的仿真分析

为研究三层钢铝异种板料无铆冲压连接的接头质量及接头强度,以不同厚度的普通钢板SPCC和铝板Al6061-T6为研究对象,通过DEFORM模拟不同组合方式下三层钢铝异种板料无铆冲压连接过程并分析接头质量。然后基于正交试验研究了凹模深度、凹槽深度、凹槽宽度和凹槽底部圆角半径对接头强度的影响规律,通过极差分析法和方差分析法研究了影响接头强度的主次因素。结果表明:两层厚板夹一层薄板时,对于铝、钢、钢组合,铝板放中间得到的接头质量最好;对于铝、铝、钢组合,钢板放在最下层得到的接头质量最好。凹槽深度的改变对接头强度的影响非常显著,凹槽宽度对其影响次之,凹模深度和凹槽底部圆角半径对其影响较小。     

Al2O3颗粒增强铝基复合材料储能焊接头微观组织及性能

对0.3 mm厚Al2O3颗粒增强铝基复合材料薄板进行了储能点焊连接研究试验。发现其微型点焊接头由熔核区、热影响区和熔核向热影响区过渡的熔合区（线）组成。由于储能焊极短的焊接时间,大的冷却速率达到106 K/s,使得熔核组织显著细化,具有快速凝固特征。熔核中增强相Al2O3颗粒发生偏聚现象,在熔核边缘区域出现了气孔缺陷。当焊接电容C=6600μF、电压U=80 V、电极压力F=18 N时,获得较高力学性能的焊接接头。     

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。     

铝铜连接的感应钎焊工艺

为使钎焊技术进一步提高,采用Zn-Al钎料对Al与Cu进行了感应钎焊连接研究,利用扫描电镜、X射线衍射和室温压剪试验等分析手段对接头的微观组织和室温剪切强度进行实验。结果表明,利用Zn-Al钎料可以实现Al与Cu的连接;接头的界面结构为Al/Al基固溶体＋Al-Zn共晶组织＋CuAl2金属间化合物/（Cu,Zn）固溶体层/Cu;在电流为340 A、时间为9 s的钎焊条件下,接头的剪切强度在室温下达到128.5 MPa。     

Cu-Mn化学镀层对Q235的扩散焊接强度的影响

采用化学镀工艺，在Q235基材上制备出2-4μm的Cu-Mn合金化学镀层．在650℃-870℃温度范围内对化学镀层进行了真空扩散焊接试验．利用金相和扫描电镜对接头进行了微观组织和能谱分析。并用拉伸试验评价了接头的连接强度．研究结果表明，在相同工艺参数条件下，镀有Cu-Mn化学镀层的试件其剪切强度比无镀层试件提高1倍以上；高温扩散焊接时接头的连接强度提高，但基体组织比低温扩散焊接时显著粗化．图3。表2。参7．     

316L不锈钢扩散焊接工艺与接头性能的研究

针对不同焊接工艺参数的316L不锈钢扩散焊接头,进行了室温和 550℃短时拉伸强度试验,采用金相、XRD分析接头区域的微观结构和相组成。实验结果表明：随着保温时间的延长,接头焊合率和延伸率逐渐提高;接头强度随焊接温度的提高呈“V”字形变化。接头高温强度约为常温强度的 50%,在评价扩散焊接质量时,应将接头强度与经过相同扩散焊接工艺处理的母材强度相比较。