TiNi形状记忆合金与不锈钢激光钎焊接头界面组织特征

利用自行改制的数控交流电阻焊机,采用cuni薄带钎料,配合改进型钎剂实现了tini形状记忆合金电阻钎焊连接。借助于光学显微镜、sem及edx对钎缝的组织进行了分析。结果表明,试验采用的电阻钎焊工艺对母材的热影响极小,接头中没有明显的热影响区;在钎缝中存在的ti3ni4化合物相是tini合金产生双程及全程形状记忆效应的主要因素

采用纯镍中间夹层和激光焊技术,连接tini形状记忆合金丝和不锈钢丝异种材料。对比分析了加镍夹层与未加镍夹层的激光焊接头的组织和性能。结果表明,与未加镍夹层的接头相比,加镍夹层的接头组织和性能得到明显改善,接头组织中γ-fe相含量增加,tife2,ticr2等金属间化合物相含量减少,焊缝区硬度明显降低,接头抗拉强度提高。未加镍夹层的接头的抗拉强度仅为187mpa,断口呈现典型的脆性断裂特征。加镍夹层后,接头抗拉强度提高至372mpa,断口具有脆-韧混合型断裂特征。

采用金相显微镜、电子显微镜、x射线能谱仪、显微硬度、力学试验等检测手段,对ta17钛合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不锈钢钎焊接头的组织特征进行了分析。结果表明:钎缝中不锈钢/钎料一侧,形成了三层金属间化合物钎缝组织;在钛合金/钎料一侧,形成两个组织区域;同时,银沿钛合金晶间扩散;在凝固钎焊接头的钎缝中,靠近不锈钢一侧出现了ti、cu的富集;靠近钛合金一侧cu原子的含量明显升高,钎缝中心区基本上是纯银;钎缝中除不锈钢/钎料扩散层外,其他各微区的显微硬度并没有增加;从钎缝断口分析也证明钎缝中靠近不锈钢一侧是接头最薄弱的位置。

TiNi形状记忆合金片激光微焊接接头的组织性能

采用脉冲激光实现了0.2mm厚tini形状记忆合金的对接焊,研究了焊接接头的抗拉强度、断裂形貌、组织和相变过程。结果表明,脉冲激光能够实现薄片状tini形状记忆合金的良好对接焊,焊接接头的抗拉强度可达683mpa,为冷轧态母材的97%,断口形貌与母材相似,均为延性断裂。根据晶粒尺寸和显微组织的不同,接头可分为4个区。焊缝中心区为细小的等轴晶,而焊缝边缘为柱状晶组织。对焊接接头进行焊后退火处理后其相变过程与退火态tini形状记忆合金的接近。

采用agcu金属箔作中间过渡层,对tini形状记忆合金与不锈钢进行了瞬时液相扩散焊,分析了接头的显微组织、元素分布和物相组成等,研究了接头的抗剪强度和断裂方式。结果表明:接头界面区由tini侧过渡区,中间区,不锈钢侧过渡区组成,主要相分别为ti(cu,ni,fe),agcu,tife等。连接温度为860℃,保温时间为60min,连接压力为0.05mpa时,接头最大抗剪强度为239mpa。断裂发生在tini母材和agcu中间层扩散界面上,断口为混合断裂形貌。通过中间层等温凝固过程动力学模型,结合界面形貌和元素扩散分析,认为tinisma与不锈钢异种材料瞬时液相扩散焊过程存在明显的非对称性。

日本钢管公司开发了含铬9%～20%的不锈钢系形状记忆合金(sma),并制成管接头,用于大楼内配管系统的连接。该公司生产的sma管接头材料的典型化学成分为:9%cr5%ni,14%mn,6%si,余为fe。该sma合金的形状记忆特性属单向型,回复变形量最大值为4%,马氏体转变开始点为323k,奥氏体转变终止点为573k。耐点蚀性和耐均匀腐蚀性类似于430和420型铁素体不锈钢,表面具有稳定

在4mm厚不锈钢激光-电弧双面焊接试验的基础上,研究了激光功率、电弧电流对接头形貌特征和接头特征量的影响规律,并对熔化效率进行了分析。结果表明,在较小的能量匹配下,双面焊接头呈现出激光焊与电弧焊的混合特征,随着热输入的增大,混合特征消失;增大激光功率,可使激光侧焊缝熔宽增加,而电弧侧焊缝熔宽减小,增加电弧电流,可使电弧侧焊缝熔宽增加,而对激光侧焊缝影响很小;激光功率和电弧电流增加都对焊缝中部最小熔宽有明显的增加;中部最小熔宽的深度随激光功率增加而增加,而电弧电流则起到相反的作用。在非熔透条件下,激光对电弧焊的熔化效率影响很明显,而电弧对激光焊的影响很小;在熔透条件下,增加激光功率、电弧电流对激光电弧双面焊的熔化效率都有显著的提高。

通过对ta17/0cr18ni9ti相变超塑性扩散焊接头拉伸断口的观察分析,研究了其接头的组织结构,断裂机制。分析表明,在焊接过程中,由于钛合金/不锈钢两侧的ti、fe、cr等原子的互扩散,在接头界面处形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面处缺陷的存在以及钛合金侧拉向残余应力的存在,使拉伸断裂主要发生在β-ti和feti中。分析还发现,接头对缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、划痕及孔洞会使接头的强度降低。

提出了以激光作为焊接热源．以ｃｕ为填充材料进行硬质合金连接的新方法、对焊接试样的显微组织进行了分析讨论．给出了在激光作用下，硬质合金的钢钎焊接头的焊缝、母材及钎焊界面处的成分和组织变化情况。

通过有限元分析的方法对tc4钛合金与1cr18ni9ti不锈钢钎焊接头残余应力场进行分析,计算工艺参数对接头应力分布的影响.结果表明,在tc4、不锈钢母材与钎料接头两侧的界面区附近形成应力集中,并且在距离钛合金母材0.45mm处等效应力达到最大值.钎焊间隙在50μm时应力值最小,钎料的线膨胀系数在12×10-6℃-1时接头内应力达到最小值,连接温度对这些残余应力的集中与分布影响很小.

本文采用bni-2、bпp-1两种钎料,对1cr18ni9ti不锈钢进行了电子束钎焊和真空钎焊,并对其接头进行了显微组织分析.结果表明,两种钎料电子束钎焊形成的接头显微组织主要都是固溶体;bni-2钎料真空钎焊形成接头的显微组织是由两部分组成的,一部分是位于母材附近的镍固溶体,另一部分是位于钎缝中心的化合物组织;bпp-1钎料真空钎焊形成接头的显微组织是由铜-镍固溶体和钎缝中少量的化合物相组成的.

采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计等测量方法,观察分析了铝锂合金钎焊前后母材和钎焊接头的显微组织变化,通过分析测试钎焊接头的显微硬度和断口微区的化学成分,研究分析了钎焊接头强度的变化规律。结果表明,焊后母材中的强化相由质点转变为板条状;氮气保护条件下,钎焊接头未见气孔、夹杂、裂纹等缺陷,钎焊接头存在一定的扩散区,从而有效地提高了钎焊接头的强度;无氮气保护的条件下,钎焊接头有大量的缺陷存在,这些缺陷的存在严重影响了钎焊接头的强度。

以co2激光为热源,以alsi12焊丝为填充材料,对ti-6al-4v钛合金和5056铝合金异种材料激光熔钎焊进行研究,采用sem、eds、xrd和金相显微镜分析接头的微观结构特征,通过拉伸实验评定接头的力学性能。研究结果表明:所得接头具有熔焊和钎焊双重性质,即铝母材局部熔化,为熔化焊,而钛母材与焊缝金属之间存在金属间化合物层钎焊界面;钎焊界面上部的金属间化合物层组成复杂,可分为2层,即呈针状或芽状的ti-al-si系金属间化合物层和以ti-al系金属间化合物为主的连续层;钎焊界面下部的金属间化合物层较薄;拉伸试样断裂倾向于发生在紧邻钎焊界面的焊缝上,平均抗拉强度为298.5mpa。

本文对钛合金tc4与不锈钢1cr18ni9ti扩散焊接头的组织和性能进行了分析和测试,结果表明,不加中间层进行扩散焊时,所形成的接头极脆,不能实现有产的连接,采用纯镍中间金属,避免了母材组元ti与fe的相互扩散和迁移,可获得钛合金与不锈钢的牢固连接。

随着不锈钢轨道客车的不断发展,目前车体焊装中主要采用的电阻点焊技术将会逐渐被激光焊接取代。该文针对sus301l奥氏体不锈钢搭接激光非熔透焊接头进行疲劳性能研究,通过数据处理建立并绘制了接头的s-n曲线,以此对不锈钢搭接激光焊接头的疲劳性能进行分析与研究。

采用4种成分的银基钎料制备了钛合金/不锈钢钎焊接头,用力学性能试验、金相试验、扫描电镜分析及电子探针分析方法,测量了钎缝强度,分析了断口形貌和钎缝界面组织。研究表明:不锈钢/ag95cunili/钛合金钎缝强度可达220mpa,在不锈钢/ag95cunili扩散区形成了脆性相;不锈钢/ag88al10mnsi/钛合金钎缝强度为242mpa,不锈钢/ag88al10mnsi一侧的钎缝区易形成裂纹;不锈钢/ag85al8sn/钛合金钎缝强度只有123mpa;不锈钢/ag85al8snni/钛合金钎缝强度可达280mpa,钎料与母材冶金结合较好。

设计了利用焊点红外辐射的激光软钎焊质量检测及控制的试验装置。以热释电元件作为红外探测器，研制了分离式的加热－探测光学单元。试验结果表明，软钎焊过程中焊点的红外辐射信号包含有效的焊点上钎料加热，熔化的信息，经计算机处理及反馈控制，初步实现对激光软钎焊焊点质量的实时检测及控制。

采用填丝钨极氩弧焊(tig)对mo-cu合金与18-8不锈钢进行焊接.采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计及x射线衍射仪等对mo-cu/18-8接头的微观组织、显微硬度、元素分布及熔合区附近的物相组成进行分析.结果表明,mo-cu合金侧的熔合区为马氏体和奥氏体的混合组织,焊缝和18-8钢侧的熔合区为奥氏体和铁素体双相组织;从mo-cu合金到焊缝,mo元素的扩散过渡促使在熔合区形成了增碳层;mo-cu合金侧的熔合区附近主要由mo,cu,γ-fe(ni),fe0.54mo0.73和cu3.8ni相组成.增碳层和fe0.54mo0.73金属化合物的存在导致mo-cu合金侧的熔合区硬度较高,显微硬度值达1200hv.

对石墨与铜采用非晶态tizrnicu钎料进行了真空钎焊。采用光学显微镜(omolmpus)、扫描电镜(sem,s-4700)、电子探针(epma,jxa8600)等分析手段对接头的界面微观组织进行观察分析,研究结果表明,钎缝中主要是金属间化合物生成相,如cu-ti,cu-zr,ni-ti系等,裂纹易产生于焊缝中尺寸较大的一个金属间化合物相上,cu基固溶体的存在可以阻碍或延缓裂纹的扩展,对提高接头性能有利。在该实验条件下在950℃/15min工艺参数下获得的接头的电阻率低于5mω,平均电阻为3.3mω,接头的抗剪强度为16.34mpa满足该接头作为换向器接头的使用要求。

用光学显微镜、扫描电镜、x射线衍射等分析手段,对高强度za合金钎焊接头的显微组织形态及其特征、性能及界面区的相组成等进行了研究分析。结果表明,用研制的新型高强软钎料钎焊高强度za合金获得的钎焊接头在界面区局部有交互结晶产生;界面区组织构成较复杂,既有cd、sn、zn固溶体,又有少量的细小的mg2sn、mgzn等化合物;固溶体可以提高钎焊接头的强度和韧性,少量细小的化合物可强化基体组织,有利于强度的提高;但连续层状的金属间化合物可引起钎焊接头的脆化,使其性能降低。测试结果表明钎焊接头具有较高的力学性能,延伸率高于母材

采用电子束热源对nb-1zr合金与304不锈钢异种金属接头进行了熔钎焊试验.结果表明,不锈钢焊缝与铌合金母材之间形成了双层金属间化合物,靠近铌合金母材一侧的反应层ⅰ是由fe2nb构成的疏松组织,靠近不锈钢焊缝一侧的反应层ⅱ是由fe2nb与fecr组成的双相片层柱状晶组织.反应层ⅰ是接头脆化、产生裂纹的主要原因.电子束焦点的偏移量是反应层ⅰ厚度的主要影响因素,不同的焦点偏移量会引起接头强度超过100mpa的变化.而电子束流和焊接速度对接头特性的影响在试验工艺参数范围内并不明显.