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材料科学与工艺 2011年第5期19卷 40-44页

作者：薛厚禄雷玉成胡文祥刘珍珍闫久春江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

为了改善SiCp/6061Al的焊接性能,在其焊接过程中引入了电弧超声技术.应用自主研制的交流电弧超声等离子焊接设备,以自制的Al-15Ti-3Si药芯焊丝为填充材料,在不同频率的电弧超声作用下对SiCp/6061Al进行了等离子弧原位焊接,研究了电弧超... 详细信息

为了改善SiCp/6061Al的焊接性能,在其焊接过程中引入了电弧超声技术.应用自主研制的交流电弧超声等离子焊接设备,以自制的Al-15Ti-3Si药芯焊丝为填充材料,在不同频率的电弧超声作用下对SiCp/6061Al进行了等离子弧原位焊接,研究了电弧超声对焊接接头的作用机理.实验结果表明:电弧超声可使新生Al3Ti相明显细化;在频率30、50和60 kHz下,Al3Ti被击碎为颗粒状或块状,并均匀分布在焊缝中;在频率20、40和70 kHz下,Al3Ti被部分击碎,且沿原有位置呈纵向分布在焊缝中.分析表明,电弧超声主要通过空化效应和声流效应的综合作用对Al3Ti相的形态及分布产生影响,同时这种综合作用受到电弧超声"谐振波群"现象的影响.

关键词：交流电弧超声 SiCp/6061Al 等离子弧原位焊接谐振波群

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SiCp/6061Al基复合材料交流电弧超声等离子弧原位焊接工艺研究

SiCp/6061Al基复合材料交流电弧超声等离子弧原位焊接工艺研究

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作者：薛厚禄江苏大学

学位级别：硕士

颗粒增强铝基复合材料具有密度小,比强度、比刚度高,剪切强度高,热膨胀系数低,热稳定性和导热、导电性能良好,以及抗磨耐磨性能和耐有机溶液和溶剂侵蚀优良等一系列优点,加之可用常规设备和工艺加工成型和处理,因而制备和生产铝基复合... 详细信息

颗粒增强铝基复合材料具有密度小,比强度、比刚度高,剪切强度高,热膨胀系数低,热稳定性和导热、导电性能良好,以及抗磨耐磨性能和耐有机溶液和溶剂侵蚀优良等一系列优点,加之可用常规设备和工艺加工成型和处理,因而制备和生产铝基复合材料比其他金属基复合材料更为经济,易于推广和应用。因此,铝基复合材料在各经济领域有着广泛的应用前景,并已受到普遍重视。但由于铝基复合材料基体与增强相在物理化学性能上的巨大差异,导致其焊接性很差,已成为阻碍其大规模工业化应用的最大问题。针对该问题,国内外学者进行了广泛而深入的研究。目前,在铝基复合材料的熔化焊方面,利用以Ti元素为主的多元合金作为填充材料抑制复合材料基体与增强相的界面反应,并改善熔池冶金过程已成为共识。但仍存在很多不足和需要改进的地方。本文以SiCp/6061A1 MMC为研究对象,采用两种工艺对其进行等离子弧原位合金化焊接：工艺（1）为以氩氮混合气为离子气,合金元素为Al-5Ti-3Si的药芯焊丝为填充材料,该工艺下获得以A1N、TiN为主要新生增强相的焊接接头;工艺（2）为以纯氩为离子气,合金元素为Al-15Ti-5Si的药芯焊丝为填充材料,该工艺下获得以Al3Ti为主要新生增强相的焊接接头。基于无源高通滤波电路原理设计一台电弧超声耦合器,实现交流焊接电源与超声频激励电源之间的隔离与耦合,并成功在交流焊接电弧中激发出超声波,将其应用于上述两种焊接工艺中。通过改变电弧超声激励频率和激励电压,研究电弧超声对新生增强相的形貌、数量、分布的影响以及作用规律和作用机理。在焊接过程中施加不同频率电弧超声后发现,在工艺（1）中随着电弧超声激励频率的提高,焊缝中的新生Al3Ti相由条状变为块状,且AlN数量不断增多并逐渐变得均匀。当电弧超声激励频率为60KHz时,得到具有优良组织和性能的焊接接头,接头最大抗拉强度达到246MPa,比未施加电弧超声时提高了约10%。在工艺（2）中施加电弧超声后Al3Ti相变得细小,当电弧超声激励频率为30KHz、50KHz和60KHz时,Al3Ti相呈颗粒状或块状均匀而分散地分布在基体组织中;而当电弧超声激励频率为20KHz、40KHz和70KHz时,Al3Ti相呈细长状分布在焊缝组织中,某些细长相虽被击碎,但仍沿原有位置呈断续排布。当激励频率为60KHz时,接头组织与性能达到最优,最大抗拉强度为263MPa,比未施加电弧超声时提高了近20%。在焊接过程中施加不同激励电压的电弧超声后发现,在工艺（1）中随着电弧超声激励电压的提高,焊缝中的Al3Ti相由长条状变为了块状,且颗粒状相的数量逐渐增多,并由细长的团聚分布逐步变为均匀的分散分布。当电弧超声激励电压为40V时,接头组织和性能最优,抗拉强度为246MPa,达到了母材抗拉强度的77%。在工艺（2）中随着激励电压的提高,焊缝中Al3Ti的数目增多,并分布趋于均匀,其形貌依次为：带分叉的短棒状、短棒状、细长针状和块状。但是,焊缝中TiC颗粒分布趋于团聚,所在位置从晶粒内部向基体晶粒界面处过渡。当电弧超声激励电压为40V时,所得接头组织和性能最佳,接头抗拉强度最高为263MPa,达到了母材抗拉强度的82%。

关键词： SiCp/6061Al基复合材料交流电弧超声等离子弧焊接 “原位”合金化

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超声频电弧对SiC_p/6061Al等离子弧焊缝微观组织的影响

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焊接学报 2011年第7期32卷 9-12,113页

作者：雷玉成薛厚禄胡文祥刘珍珍闫久春江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

应用高通滤波器原理设计了一台隔离耦合装置,实现了交流弧焊电源与高频激励源的隔离与耦合,成功在交流电弧中激励出超声波.以自主研制的Al-5Ti-5Si药芯焊丝为填充材料对SiCp/6061Al基复合材料进行等离子弧原位合金化焊接,在不同频率电... 详细信息

应用高通滤波器原理设计了一台隔离耦合装置,实现了交流弧焊电源与高频激励源的隔离与耦合,成功在交流电弧中激励出超声波.以自主研制的Al-5Ti-5Si药芯焊丝为填充材料对SiCp/6061Al基复合材料进行等离子弧原位合金化焊接,在不同频率电弧超声作用下研究了电弧超声频率对焊缝组织的影响.对比0(不加超声),30,40,50,60 kHz超声作用下的焊缝组织发现,随着频率的提高,焊缝中的Al3Ti相形貌得以改善,从长条状变为断续短棒状;新生颗粒增强相AlN,TiN增多,且分布更为均匀;晶间偏析富Si相也随频率的提高而大幅减少.

关键词：交流电弧超声 SiCp/6061Al基复合材料新生增强相原位合金化

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SiC_p/6061Al原位合金化焊接增强相界面微结构分析

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材料工程 2012年第1期40卷 55-58,65页

作者：雷玉成刘珍珍薛厚禄胡文祥陈希章闫久春江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

以Al-5Ti-5Si药芯焊丝为填充材料的SiCp/6061铝基复合材料,在交流电弧超声作用下进行等离子弧原位焊接,利用TEM和HRTEM测试手段研究了焊后新生增强相与基体的微界面结构,结果表明:所有新生增强相尺寸都有所减小,并且新生相与铝存在Al3Ti... 详细信息

以Al-5Ti-5Si药芯焊丝为填充材料的SiCp/6061铝基复合材料,在交流电弧超声作用下进行等离子弧原位焊接,利用TEM和HRTEM测试手段研究了焊后新生增强相与基体的微界面结构,结果表明:所有新生增强相尺寸都有所减小,并且新生相与铝存在Al3Ti(020)∥Al(002),Al3Ti[001]∥Al[100],AlN[100]∥Al[100]的位相关系。细小的Al3Ti,TiC,Si以及AlN相与基体的结合界面干净无任何反应物生成,与基体Al原子错配度低的新生相还可作为铝的异质形核核心,细化基体晶粒。焊接接头最大抗拉强度为92.69MPa,达到母材强度的62%。

关键词： SiCp/6061铝基复合材料原位焊接新生增强相界面结构交流电弧超声

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