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激光毛化对铝/钢电弧熔钎焊接头界面与性能的影响

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焊接学报 2020年第5期41卷 25-29,I0002页

作者：石玗梁琪张刚李广兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

使用高性能铝/钢焊接件是汽车轻量化一直追求的目标.针对铝/钢接头界面脆性金属间化合物层导致接头性能较差并限制其应用的问题,采用小功率激光毛化处理工艺改变钢表面微观形貌,开展铝上钢下的TIG熔钎焊试验.通过扫描电镜观察分析了接... 详细信息

使用高性能铝/钢焊接件是汽车轻量化一直追求的目标.针对铝/钢接头界面脆性金属间化合物层导致接头性能较差并限制其应用的问题,采用小功率激光毛化处理工艺改变钢表面微观形貌,开展铝上钢下的TIG熔钎焊试验.通过扫描电镜观察分析了接头界面金属间化合物层的形态与分布,研究了激光毛化线间距对液态铝在钢表面润湿铺展行为及接头钎接界面金属间化合物形态与分布对接头力学性能的影响规律.结果表明,钢表面经毛化处理后,液态铝在其表面的润湿铺展性能变差,但接头钢侧界面由平直状态变为凹槽锯齿状弯曲状态,使铝钢反应接触面积增大、机械咬合作用增强,同时凹槽对裂纹的扩展起到阻断作用,提高了接头的力学性能.金属间化合物分布呈现出由沿界面均匀连续性分布变为凹槽内数量较多的非均匀分布特征.当线间距为130μm时,接头平均抗拉剪强度达到85.8 MPa.

关键词：铝/钢焊接激光毛化金属间化合物界面微观结构力学性能

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铝/镀锌钢焊接接头金属间化合物热力学分析

哈尔滨工程大学学报 2016年第6期37卷 837-841页

作者：黄健康刘宁何翠翠石玗樊丁兰州理工大学有色金属先进加工与再利用省部共建国家重点实验室甘肃兰州730050 廊坊燕京职业技术学院机电工程系河北廊坊065200

针对Al/镀Zn钢板Pulsed DE-GMAW焊接接头界面区金属间化合物相的确定性研究,在热力学基本定律的基础上,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面Fe-Al-Zn相形成的吉布斯自由能变化的计算模型,得到Al/镀Zn钢板异种金属焊接接头Fe_2Al_5Zn_(0... 详细信息

针对Al/镀Zn钢板Pulsed DE-GMAW焊接接头界面区金属间化合物相的确定性研究,在热力学基本定律的基础上,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面Fe-Al-Zn相形成的吉布斯自由能变化的计算模型,得到Al/镀Zn钢板异种金属焊接接头Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物相形成的标准吉布斯自由能与温度的变化关系,分析界面Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物存在的可能性,并与焊接试验结果进行对比分析。模拟结果表明:所建立的热力学模型是合理的,在界面上形成Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物,与试验结果基本一致,并推论了Fe_2Al_5Zn_(0.4)是在Fe_2Al_5与FeAl_3形成后,由于Zn扩散进入Fe_2Al_5的晶体空位所得到的。

关键词：脉冲旁路耦合电弧焊铝/钢焊接金属间化合物热力学分析

激光高熵化填粉焊接铝/钢异种金属组织性能研究

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激光高熵化填粉焊接铝/钢异种金属组织性能研究

作者：王健华东交通大学

学位级别：硕士

铝/钢异种金属复合构件是汽车工业“以铝代钢”的重要轻量化结构。但由于Fe在Al中的溶解度很低,Al/Fe异种金属焊接时极易生成脆性金属间化合物,降低了接头力学性能,限制了铝/钢异种金属焊接接头的广泛应用。由五种及五种以上主元形成的... 详细信息

铝/钢异种金属复合构件是汽车工业“以铝代钢”的重要轻量化结构。但由于Fe在Al中的溶解度很低,Al/Fe异种金属焊接时极易生成脆性金属间化合物,降低了接头力学性能,限制了铝/钢异种金属焊接接头的广泛应用。由五种及五种以上主元形成的高熵合金,能利用高混合熵效应促使形成固溶体,抑制金属间化合物的生成。据此,本论文拟把高熵效应引入至铝/钢异种金属焊接中,通过高熵化设计的焊缝填充材料,利用激光高熵化填粉焊接增加焊缝混合熵值,进而抑制焊缝金属间化合物的生成。相关研究对提高铝/钢焊接接头的安全可靠性,提升我国汽车工业的轻量化制造水平具有重要意义。首先,采用高熵化设计的Ni Cr Mn SiCu Ti填充粉末对DP780双相钢和5083铝合金进行激光填粉搭接实验,通过对比填粉与不填粉两种工艺,探索激光高熵化填粉焊接对焊缝微观结构的演变规律。研究发现,高熵化填粉使焊缝区Fe元素含量显著降低,焊缝Fe-Al金属间化合物明显减少。焊缝区由不填粉试样的马氏体组织变成了高熵化填粉试样等轴晶形貌,焊缝晶粒细化效果明显。但由于搭接时高熵化粉末无法填充至焊缝底部的搭接界面处,使该区域无法实现高熵化,而存在大量的Fe Al和AlCu金属间化合物。然后,采用CoZnCuMnSi高熵化填充粉末,通过激光高熵化填粉实现304不锈钢与6061铝合金异种金属的对接连接,并探索焊后热处理对高熵化焊缝及焊接界面微观结构的演变规律。研究发现,焊后280℃退火能显著促进高熵化试样焊接界面的元素扩散,使铝侧焊缝边部的Fe元素含量增加。焊后热处理使铝侧过渡区的宽度显著增加,从未热处理试样的～3.4μm增加至6小时试样的～16.5μm。焊后热处理使过渡区内金属间化合物的尺寸显著增加,发现焊后热处理不是调控高熵化焊缝及焊接界面微观结构的有效方法。最后,在CoZnCuMnSi粉末焊接304不锈钢与6061铝合金异种金属时改变激光功率,探索焊接工艺参数对Al/Fe异种金属高熵化微观组织与接头性能的影响规律,揭示实现激光高熵化焊接铝/钢异种金属焊缝组织性能调控的有效措施。研究发现,激光焊接功率对高熵化焊缝的各元素含量有显著影响,当焊接功率从500 W下降至400 W时,焊缝区内Al元素含量显著下降,过渡区宽度下降12%。且过渡区内物相结构从500 W试样的Fe Al和Fe Al演变成400W试样的Fe Al。Al/Fe异种金属高熵化焊缝的显微硬度为486～500 HV,远高于304不锈钢母材的显微硬度,高熵化焊缝具有较好的耐腐蚀性能,其耐盐与耐酸的腐蚀性都与304不锈钢母材相近。

关键词：铝/钢焊接高熵合金金属间化合物过渡区

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铝/钢异种金属惯性摩擦焊接头组织与性能

铝/钢异种金属惯性摩擦焊接头组织与性能

作者：王世路山东大学

学位级别：硕士

铝合金/不锈钢（简称“铝/钢”）复合结构以充分利用材料性能优势、节材减重、设计灵活等优势,在航空航天、汽车、冶金等工业领域中具有突出的应用价值和广泛的应用前景。大推力航天发动机推进剂输送管路为铝/钢异种金属管路,因常规的... 详细信息

铝合金/不锈钢（简称“铝/钢”）复合结构以充分利用材料性能优势、节材减重、设计灵活等优势,在航空航天、汽车、冶金等工业领域中具有突出的应用价值和广泛的应用前景。大推力航天发动机推进剂输送管路为铝/钢异种金属管路,因常规的钎焊、熔-钎焊接头不满足耐腐蚀性要求,而提出了铝/钢异种金属管路的摩擦焊接。惯性摩擦焊接技术作为一种固相焊接工艺,具有能量输入低且准确可控的优势,尤其适用于铝/钢等热物理、力学性能差异大的异种金属连接。本文以小尺寸试棒2Al4铝合金/0Cr18Ni9Ti不锈钢异种金属惯性摩擦焊为研究对象,分析了铝/钢异种金属惯性摩擦焊接头组织及性能。通过不同工艺参数匹配组合,系统研究了初始转速（n）、轴向摩擦压力（P）、飞轮转动惯量（I）等工艺参数以及焊前摩擦界面粗糙度对铝/钢异种金属惯性摩擦焊界面组织以及接头性能的影响,研究结果将为航天发动机铝/钢复合输送管路的惯性摩擦焊接提供基础理论指导和数据支撑。直径为妒15的小尺寸试棒铝/钢惯性摩擦焊接工艺试验结果表明,焊接工艺参数n=1100 rpm、P=180 MPa、I=0.16kg·m2 时,接头最大拉伸强度达 321.5 MPa,约为铝合金母材强度的75%,且接头拉伸断裂形式为典型的脆性断裂,断口存在Fe2Al5和FeAl3金属间化合物,表明接头界面上形成了冶金结合。在固定转动惯量条件下,低转速匹配高压力,或者高转速匹配低压力时,接头强度易达到强度极值。铝/钢惯性摩擦焊接过程中摩擦界面上特征点温度变化表明,摩擦界面2/3半径区域界面温度最高,峰值温度达412.9℃;其次是1/3半径区域,而边界和中心区域温度最低。随着摩擦压力的不断增加,摩擦界面峰值温度变化不明显;随着初始转速的增加,摩擦界面峰值温度呈上升趋势,且达到峰值温度所需时间逐渐延长。摩擦界面不同区域产生了不同剧烈程度Fe、Al元素扩散行为,其中在2/3半径处扩散行为最剧烈。随着焊接能量输入的增加,接头界面元素扩散程度加剧,元素扩散层厚度增加,直至出现明显的金属间化合物层。焊前界面粗糙度同样影响摩擦界面产热功率,在焊接工艺参数保持不变的条件下,当焊前钢侧摩擦表面的粗糙度较高时,焊后摩擦界面沿半径方向呈锯齿状,且在钢侧凹槽内部有金属间化合物生成,造成了厚度不均匀的界面扩散层;当焊前选用粗糙度较低的摩擦表面,焊后摩擦界面上扩散层较为均匀。为保证航天铝/钢复合输送管路在液态介质工作环境下的安全应用,通过稳态极化测试及EXCO全浸试验对铝/钢惯性摩擦焊接头的耐蚀性能进行了测试。结果发现,随着能量输入功率的增加,接头耐蚀性能相对提高,腐蚀形貌呈现的是铝侧基体氧化膜的破裂、剥落,以及近界面处产生处于稳定扩展阶段的点蚀坑。

关键词：铝/钢焊接惯性摩擦焊 Fe-Al金属间化合物组织性能耐腐蚀性能

汽车用电阻点焊技术及复合电阻点焊技术研究现状

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汽车工艺与材料 2025年

作者：陈志平林森江西博星项目咨询有限公司

电阻点焊在汽车车身制造中应用广泛，具有效率高、焊接质量高、自动化程度高、灵活性好等优点。从国内外关于电阻点焊的研究出发，包括参数优化、电极优化和新材料应用等，总结电阻点焊的研究现状，进一步探讨近年的新型复合电阻点焊技... 详细信息

电阻点焊在汽车车身制造中应用广泛，具有效率高、焊接质量高、自动化程度高、灵活性好等优点。从国内外关于电阻点焊的研究出发，包括参数优化、电极优化和新材料应用等，总结电阻点焊的研究现状，进一步探讨近年的新型复合电阻点焊技术，如超声波复合电阻焊接、激光复合电阻焊接等，并基于当前研究现状提出存在的问题和展望未来的发展方向。

关键词：电阻点焊力学性能铝/铝焊接铝/钢焊接

AlSiNi钎料感应钎焊铝/钢接头的组织和力学性能

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焊接学报 2020年第3期41卷 45-49,I0003页

作者：薛弘宇龙伟民纠永涛程战黄国钦张凤林郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料及技术国家重点实验室郑州450001 华侨大学厦门361021 广东工业大学广州510006

借助润湿试验、热分析等手段分析了AlSi12钎料和AlSiNi钎料的钎焊工艺性.使用扫描电镜、能谱分析、力学性能测试等手段分析了AlSi12,AlSiNi钎料钎焊铝/钢接头的组织形貌、断口形貌、相组成和力学性能.结果表明,AlSiNi钎料对钢的润湿性优... 详细信息

借助润湿试验、热分析等手段分析了AlSi12钎料和AlSiNi钎料的钎焊工艺性.使用扫描电镜、能谱分析、力学性能测试等手段分析了AlSi12,AlSiNi钎料钎焊铝/钢接头的组织形貌、断口形貌、相组成和力学性能.结果表明,AlSiNi钎料对钢的润湿性优于AlSi12钎料,但钎料熔化区间稍有扩大;在焊缝/钢界面处,AlSiNi钎料钎焊接头金属间化合物层的厚度为8.1μm,比AlSi12钎料钎焊接头金属间化合物更薄,分布也更均匀;AlSiNi钎料钎焊接头中的含Ni金属间化合物塑韧性更好,与母材钢的结合力更强,AlSiNi钎料钎焊铝/钢接头抗拉强度高于AlSi12钎料钎焊接头.

关键词：铝/钢焊接铝基钎料成分形貌力学性能金属间化合物

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铝/钢异种金属先进连接方法研究进展

焊接 2021年第11期 7-20,62页

作者：高辰恺杨瑾李铸国赵一璇刘红兵张雷上海交通大学上海200240 上海工程技术大学上海201620 江苏焱鑫科技股份有限公司江苏江阴214426

论述了铝/钢连接难点与各类连接方法的发展现状,并着重介绍了铝/钢电阻点焊中优化电极、加中间层、热补偿垫片法3种主要的提高接头性能的方法及前沿的一些尝试。另外针对电阻点焊过程的检测与数值模拟也做了简要概括。最后,针对目前铝/... 详细信息

论述了铝/钢连接难点与各类连接方法的发展现状,并着重介绍了铝/钢电阻点焊中优化电极、加中间层、热补偿垫片法3种主要的提高接头性能的方法及前沿的一些尝试。另外针对电阻点焊过程的检测与数值模拟也做了简要概括。最后,针对目前铝/钢电阻点焊研究尚且存在的一些问题进行了展望。

关键词：铝/钢焊接电阻点焊熔钎焊轻量化

铜/镍中间层对铝/钢激光-MIG搭接焊界面的影响

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热加工工艺 2021年第21期50卷 46-49页

作者：彭聪高向东刘桂谦刘秀航张艳喜孙友松肖小亭广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心广东广州510006

针对铝/钢激光-MIG搭接焊接头存在硬度高而脆性过高的问题,采用激光-MIG搭接焊方法,对不锈钢304和铝合金5052进行焊接,研究铜/镍中间层对焊接接头界面的作用。分别利用SEM/EDS方法和显微硬度计得到焊接接头界面的金属间化合物分布和硬... 详细信息

针对铝/钢激光-MIG搭接焊接头存在硬度高而脆性过高的问题,采用激光-MIG搭接焊方法,对不锈钢304和铝合金5052进行焊接,研究铜/镍中间层对焊接接头界面的作用。分别利用SEM/EDS方法和显微硬度计得到焊接接头界面的金属间化合物分布和硬度分布情况,分析添加铜/镍中间层后焊接接头界面的变化情况。研究结果表明,Al-Cu金属间化合物和Al-Ni金属间化合物的产生减少了金属间化合物的厚度,铝/钢接头界面处存在较厚的硬化层。添加铜/镍后,接头界面的硬化层厚度分别降低75.00%和87.50%,平均显微硬度分别降低9.60%和4.60%。最后,添加铜/镍中间层,有利于降低接头的脆硬性。

关键词：铝/钢焊接激光-MIG复合焊界面层硬度金属间化合物

微弧氧化处理对碳钢表面耐LBE腐蚀性能的影响

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表面技术 2019年第1期48卷 234-240页

作者：朱强赵军雷玉成陈文彬江苏大学江苏镇江212013

目的以Q235钢为基材,制备微弧氧化陶瓷层,提高钢铁材料耐LBE腐蚀性。方法采用TIG熔-钎焊并添加ER4043焊丝的方法,对1.5 mm厚的5A06铝合金和3 mm厚的镀锌Q235钢进行焊接,焊后对接头进行280℃保温30 min的退火热处理。同时,采用合适的微... 详细信息

目的以Q235钢为基材,制备微弧氧化陶瓷层,提高钢铁材料耐LBE腐蚀性。方法采用TIG熔-钎焊并添加ER4043焊丝的方法,对1.5 mm厚的5A06铝合金和3 mm厚的镀锌Q235钢进行焊接,焊后对接头进行280℃保温30 min的退火热处理。同时,采用合适的微弧氧化工艺在铝/钢焊缝表面制备微弧氧化陶瓷层,研究微弧氧化处理对钢材耐LBE腐蚀性的影响。结果采用TIG熔-钎焊的方法对铝/钢异种金属进行焊接时,铝/钢界面会不可避免地产生金属间化合物层,对铝/钢熔-钎焊接头进行280℃保温30 min的退火热处理后,金属间化合物层的厚度可达9～10μm,化合物层主要由Al_8Fe_2Si相和少量的[Al,Fe,Si]、Al_(13)Fe_4相组成,接头抗拉强度高达185 MPa,且断裂发生在铝母材处。微弧氧化处理可使焊缝表面原位生成均匀的陶瓷层,陶瓷层表面呈"火山状"形貌,且"火山状"物质的中心有较多不同尺寸的放电微孔。陶瓷层主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和莫来石相组成,且其表面粗糙度较低。Q235钢经过腐蚀后,表面出现较多的腐蚀坑,Pb、Bi元素向碳钢内部扩散;而陶瓷层经过腐蚀后,表面没有明显的腐蚀现象。结论微弧氧化处理可显著提高钢铁材料耐LBE腐蚀性,阻碍Pb、Bi元素向钢铁内部的扩散。

关键词：铝/钢焊接 TIG熔-钎焊退火热处理微弧氧化陶瓷层耐腐蚀性