TiNi形狀記憶合金與不銹鋼激光釬焊接頭界面組織特征

利用自行改制的數(shù)控交流電阻焊機(jī),采用cuni薄帶釬料,配合改進(jìn)型釬劑實(shí)現(xiàn)了tini形狀記憶合金電阻釬焊連接。借助于光學(xué)顯微鏡、sem及edx對釬縫的組織進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,試驗(yàn)采用的電阻釬焊工藝對母材的熱影響極小,接頭中沒有明顯的熱影響區(qū);在釬縫中存在的ti3ni4化合物相是tini合金產(chǎn)生雙程及全程形狀記憶效應(yīng)的主要因素

采用純鎳中間夾層和激光焊技術(shù),連接tini形狀記憶合金絲和不銹鋼絲異種材料。對比分析了加鎳夾層與未加鎳夾層的激光焊接頭的組織和性能。結(jié)果表明,與未加鎳夾層的接頭相比,加鎳夾層的接頭組織和性能得到明顯改善,接頭組織中γ-fe相含量增加,tife2,ticr2等金屬間化合物相含量減少,焊縫區(qū)硬度明顯降低,接頭抗拉強(qiáng)度提高。未加鎳夾層的接頭的抗拉強(qiáng)度僅為187mpa,斷口呈現(xiàn)典型的脆性斷裂特征。加鎳夾層后,接頭抗拉強(qiáng)度提高至372mpa,斷口具有脆-韌混合型斷裂特征。

采用金相顯微鏡、電子顯微鏡、x射線能譜儀、顯微硬度、力學(xué)試驗(yàn)等檢測手段,對ta17鈦合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不銹鋼釬焊接頭的組織特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:釬縫中不銹鋼/釬料一側(cè),形成了三層金屬間化合物釬縫組織;在鈦合金/釬料一側(cè),形成兩個(gè)組織區(qū)域;同時(shí),銀沿鈦合金晶間擴(kuò)散;在凝固釬焊接頭的釬縫中,靠近不銹鋼一側(cè)出現(xiàn)了ti、cu的富集;靠近鈦合金一側(cè)cu原子的含量明顯升高,釬縫中心區(qū)基本上是純銀;釬縫中除不銹鋼/釬料擴(kuò)散層外,其他各微區(qū)的顯微硬度并沒有增加;從釬縫斷口分析也證明釬縫中靠近不銹鋼一側(cè)是接頭最薄弱的位置。

TiNi形狀記憶合金片激光微焊接接頭的組織性能

采用脈沖激光實(shí)現(xiàn)了0.2mm厚tini形狀記憶合金的對接焊,研究了焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、斷裂形貌、組織和相變過程。結(jié)果表明,脈沖激光能夠?qū)崿F(xiàn)薄片狀tini形狀記憶合金的良好對接焊,焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)683mpa,為冷軋態(tài)母材的97%,斷口形貌與母材相似,均為延性斷裂。根據(jù)晶粒尺寸和顯微組織的不同,接頭可分為4個(gè)區(qū)。焊縫中心區(qū)為細(xì)小的等軸晶,而焊縫邊緣為柱狀晶組織。對焊接接頭進(jìn)行焊后退火處理后其相變過程與退火態(tài)tini形狀記憶合金的接近。

采用agcu金屬箔作中間過渡層,對tini形狀記憶合金與不銹鋼進(jìn)行了瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊,分析了接頭的顯微組織、元素分布和物相組成等,研究了接頭的抗剪強(qiáng)度和斷裂方式。結(jié)果表明:接頭界面區(qū)由tini側(cè)過渡區(qū),中間區(qū),不銹鋼側(cè)過渡區(qū)組成,主要相分別為ti(cu,ni,fe),agcu,tife等。連接溫度為860℃,保溫時(shí)間為60min,連接壓力為0.05mpa時(shí),接頭最大抗剪強(qiáng)度為239mpa。斷裂發(fā)生在tini母材和agcu中間層擴(kuò)散界面上,斷口為混合斷裂形貌。通過中間層等溫凝固過程動力學(xué)模型,結(jié)合界面形貌和元素?cái)U(kuò)散分析,認(rèn)為tinisma與不銹鋼異種材料瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊過程存在明顯的非對稱性。

日本鋼管公司開發(fā)了含鉻9%～20%的不銹鋼系形狀記憶合金(sma),并制成管接頭,用于大樓內(nèi)配管系統(tǒng)的連接。該公司生產(chǎn)的sma管接頭材料的典型化學(xué)成分為:9%cr5%ni,14%mn,6%si,余為fe。該sma合金的形狀記憶特性屬單向型,回復(fù)變形量最大值為4%,馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)為323k,奧氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)為573k。耐點(diǎn)蝕性和耐均勻腐蝕性類似于430和420型鐵素體不銹鋼,表面具有穩(wěn)定

在4mm厚不銹鋼激光-電弧雙面焊接試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了激光功率、電弧電流對接頭形貌特征和接頭特征量的影響規(guī)律,并對熔化效率進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,在較小的能量匹配下,雙面焊接頭呈現(xiàn)出激光焊與電弧焊的混合特征,隨著熱輸入的增大,混合特征消失;增大激光功率,可使激光側(cè)焊縫熔寬增加,而電弧側(cè)焊縫熔寬減小,增加電弧電流,可使電弧側(cè)焊縫熔寬增加,而對激光側(cè)焊縫影響很小;激光功率和電弧電流增加都對焊縫中部最小熔寬有明顯的增加;中部最小熔寬的深度隨激光功率增加而增加,而電弧電流則起到相反的作用。在非熔透條件下,激光對電弧焊的熔化效率影響很明顯,而電弧對激光焊的影響很小;在熔透條件下,增加激光功率、電弧電流對激光電弧雙面焊的熔化效率都有顯著的提高。

通過對ta17/0cr18ni9ti相變超塑性擴(kuò)散焊接頭拉伸斷口的觀察分析,研究了其接頭的組織結(jié)構(gòu),斷裂機(jī)制。分析表明,在焊接過程中,由于鈦合金/不銹鋼兩側(cè)的ti、fe、cr等原子的互擴(kuò)散,在接頭界面處形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面處缺陷的存在以及鈦合金側(cè)拉向殘余應(yīng)力的存在,使拉伸斷裂主要發(fā)生在β-ti和feti中。分析還發(fā)現(xiàn),接頭對缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、劃痕及孔洞會使接頭的強(qiáng)度降低。

提出了以激光作為焊接熱源．以ｃｕ為填充材料進(jìn)行硬質(zhì)合金連接的新方法、對焊接試樣的顯微組織進(jìn)行了分析討論．給出了在激光作用下，硬質(zhì)合金的鋼釬焊接頭的焊縫、母材及釬焊界面處的成分和組織變化情況。

通過有限元分析的方法對tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力場進(jìn)行分析,計(jì)算工藝參數(shù)對接頭應(yīng)力分布的影響.結(jié)果表明,在tc4、不銹鋼母材與釬料接頭兩側(cè)的界面區(qū)附近形成應(yīng)力集中,并且在距離鈦合金母材0.45mm處等效應(yīng)力達(dá)到最大值.釬焊間隙在50μm時(shí)應(yīng)力值最小,釬料的線膨脹系數(shù)在12×10-6℃-1時(shí)接頭內(nèi)應(yīng)力達(dá)到最小值,連接溫度對這些殘余應(yīng)力的集中與分布影響很小.

本文采用bni-2、bпp-1兩種釬料,對1cr18ni9ti不銹鋼進(jìn)行了電子束釬焊和真空釬焊,并對其接頭進(jìn)行了顯微組織分析.結(jié)果表明,兩種釬料電子束釬焊形成的接頭顯微組織主要都是固溶體;bni-2釬料真空釬焊形成接頭的顯微組織是由兩部分組成的,一部分是位于母材附近的鎳固溶體,另一部分是位于釬縫中心的化合物組織;bпp-1釬料真空釬焊形成接頭的顯微組織是由銅-鎳固溶體和釬縫中少量的化合物相組成的.

采用金相顯微鏡、掃描電鏡、硬度計(jì)等測量方法,觀察分析了鋁鋰合金釬焊前后母材和釬焊接頭的顯微組織變化,通過分析測試釬焊接頭的顯微硬度和斷口微區(qū)的化學(xué)成分,研究分析了釬焊接頭強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,焊后母材中的強(qiáng)化相由質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀;氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下,釬焊接頭未見氣孔、夾雜、裂紋等缺陷,釬焊接頭存在一定的擴(kuò)散區(qū),從而有效地提高了釬焊接頭的強(qiáng)度;無氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下,釬焊接頭有大量的缺陷存在,這些缺陷的存在嚴(yán)重影響了釬焊接頭的強(qiáng)度。

以co2激光為熱源,以alsi12焊絲為填充材料,對ti-6al-4v鈦合金和5056鋁合金異種材料激光熔釬焊進(jìn)行研究,采用sem、eds、xrd和金相顯微鏡分析接頭的微觀結(jié)構(gòu)特征,通過拉伸實(shí)驗(yàn)評定接頭的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明:所得接頭具有熔焊和釬焊雙重性質(zhì),即鋁母材局部熔化,為熔化焊,而鈦母材與焊縫金屬之間存在金屬間化合物層釬焊界面;釬焊界面上部的金屬間化合物層組成復(fù)雜,可分為2層,即呈針狀或芽狀的ti-al-si系金屬間化合物層和以ti-al系金屬間化合物為主的連續(xù)層;釬焊界面下部的金屬間化合物層較薄;拉伸試樣斷裂傾向于發(fā)生在緊鄰釬焊界面的焊縫上,平均抗拉強(qiáng)度為298.5mpa。

本文對鈦合金tc4與不銹鋼1cr18ni9ti擴(kuò)散焊接頭的組織和性能進(jìn)行了分析和測試,結(jié)果表明,不加中間層進(jìn)行擴(kuò)散焊時(shí),所形成的接頭極脆,不能實(shí)現(xiàn)有產(chǎn)的連接,采用純鎳中間金屬,避免了母材組元ti與fe的相互擴(kuò)散和遷移,可獲得鈦合金與不銹鋼的牢固連接。

隨著不銹鋼軌道客車的不斷發(fā)展,目前車體焊裝中主要采用的電阻點(diǎn)焊技術(shù)將會逐漸被激光焊接取代。該文針對sus301l奧氏體不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭進(jìn)行疲勞性能研究,通過數(shù)據(jù)處理建立并繪制了接頭的s-n曲線,以此對不銹鋼搭接激光焊接頭的疲勞性能進(jìn)行分析與研究。

采用4種成分的銀基釬料制備了鈦合金/不銹鋼釬焊接頭,用力學(xué)性能試驗(yàn)、金相試驗(yàn)、掃描電鏡分析及電子探針分析方法,測量了釬縫強(qiáng)度,分析了斷口形貌和釬縫界面組織。研究表明:不銹鋼/ag95cunili/鈦合金釬縫強(qiáng)度可達(dá)220mpa,在不銹鋼/ag95cunili擴(kuò)散區(qū)形成了脆性相;不銹鋼/ag88al10mnsi/鈦合金釬縫強(qiáng)度為242mpa,不銹鋼/ag88al10mnsi一側(cè)的釬縫區(qū)易形成裂紋;不銹鋼/ag85al8sn/鈦合金釬縫強(qiáng)度只有123mpa;不銹鋼/ag85al8snni/鈦合金釬縫強(qiáng)度可達(dá)280mpa,釬料與母材冶金結(jié)合較好。

STM激光軟釬焊接頭質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測

鍍鋅板激光釬焊接頭拉伸性能研究

設(shè)計(jì)了利用焊點(diǎn)紅外輻射的激光軟釬焊質(zhì)量檢測及控制的試驗(yàn)裝置。以熱釋電元件作為紅外探測器，研制了分離式的加熱－探測光學(xué)單元。試驗(yàn)結(jié)果表明，軟釬焊過程中焊點(diǎn)的紅外輻射信號包含有效的焊點(diǎn)上釬料加熱，熔化的信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理及反饋控制，初步實(shí)現(xiàn)對激光軟釬焊焊點(diǎn)質(zhì)量的實(shí)時(shí)檢測及控制。

目前對焊接接頭耐腐蝕性能的研究比較少,對點(diǎn)焊凸焊接頭的耐腐蝕性能的研究更少。本文主要研究點(diǎn)焊凸焊對低碳不銹鋼00cr18ni9的耐腐蝕性能的影響,通過運(yùn)用電化學(xué)方法,即主要比較焊前和焊后低碳不銹鋼00cr18ni9的自腐蝕電位、極化曲線和電化學(xué)阻抗譜(eis),再通過電化學(xué)腐蝕原理進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明:低碳不銹鋼00cr18ni9焊縫區(qū)域的耐腐蝕性能反而比母材的耐腐蝕性能要好,主要原因可能是因?yàn)樵邳c(diǎn)焊過程發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變引起的。

采用填絲鎢極氬弧焊(tig)對mo-cu合金與18-8不銹鋼進(jìn)行焊接.采用金相顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計(jì)及x射線衍射儀等對mo-cu/18-8接頭的微觀組織、顯微硬度、元素分布及熔合區(qū)附近的物相組成進(jìn)行分析.結(jié)果表明,mo-cu合金側(cè)的熔合區(qū)為馬氏體和奧氏體的混合組織,焊縫和18-8鋼側(cè)的熔合區(qū)為奧氏體和鐵素體雙相組織;從mo-cu合金到焊縫,mo元素的擴(kuò)散過渡促使在熔合區(qū)形成了增碳層;mo-cu合金側(cè)的熔合區(qū)附近主要由mo,cu,γ-fe(ni),fe0.54mo0.73和cu3.8ni相組成.增碳層和fe0.54mo0.73金屬化合物的存在導(dǎo)致mo-cu合金側(cè)的熔合區(qū)硬度較高,顯微硬度值達(dá)1200hv.