Ni/Si中间层对铝/钢激光焊接头组织与性能的影响
发布时间：2021-03-25 19:26
研究了以Ni箔以及预置Si粉的Ni箔为中间层的铝/钢异种金属激光焊行为.系统考察了不同激光功率下预置Si粉的Ni箔中间层对铝/钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响.结果表明,加入预置Si粉的Ni箔做复合中间层时,与只添加Ni箔片做中间层时相比,焊接接头的最大剪切力明显提高,其中激光功率为2 150 W时焊接接头的最大剪切力提高至1 307.96 N;Si粉的添加增加了熔池的流动性,并使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生了改变;焊缝区生成了Fe-Si及Al-Si二元新相,有效抑制了Fe-Al二元脆性相的生成,改善了铝/钢的焊接性.因此,预置Si粉的Ni箔复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种金属激光焊过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能.
【文章来源】：焊接学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
～4d中A～F区EDS成分分析(原子分数，%)
试验使用尺寸均为80 mm×50 mm×1 mm的6061铝合金板和不锈钢板，板料的化学成分如表1和表2所示，中间层材料选择厚度为0.1 mm的Ni箔以及粒径为20μm的Si粉.试验前，使用1500目的砂纸去除板料表面氧化层后，使用丙酮洗去板料表面油污，由于铝合金对激光反射率很高，焊接试验采用钢上铝下的搭接形式.预置Si粉时，用丙酮将Si粉调和后均匀的涂抹在洁净的Ni箔表面，待其彻底干燥后，将预置了Si粉的Ni箔添加到铝合金、不锈钢母材之间，使用专用的夹具对板料进行固定.焊接时，激光垂直照射不锈钢板表面，用气体流量为20 L/min的氩气(Ar)对焊缝进行保护.添加预置Si粉的Ni箔做复合中间层的铝/钢异种金属激光焊试验，如图1所示，以获得最优的焊缝形貌为目标，确定了如表3所示的优化后的激光器工艺参数.为了与预置Si粉后的焊接试样进行对比，采用相同的工艺参数对Ni箔做中间层时进行铝/钢异种金属激光焊试验.试验完成后，使用线切割机将焊接试样切割为标准剪切试样，通过对焊缝横截面进行打磨和抛光处理制得金相试样，并使用体积比为2%HF+10%HNO+88%H2O的腐蚀液对金相试样腐蚀8 s冲洗后吹干待用.利用S-4800型扫描电子显微镜观察分析其形貌、组织特征；利用扫描电子显微镜及其自带能谱仪分析焊缝横截面各区域的元素分布，并利用D8 FOCUS型X射线衍射仪分析焊接接头的物相；利用电子万能试验机测试焊接试样的最大剪切力.2 试验结果与分析
图2为0.1 mm Ni箔做中间层时铝/钢异种金属激光焊接头焊缝横截面形貌.图3为焊缝横截面的XRD衍射图谱.表4为图2c和图2d中A～E区的EDS结果.从图2a可知，焊接熔池具有非常明显的指状“匙孔”形貌，观察到母材由于受到热应力的影响发生了一定的形变.从图2b中可以看出，在焊缝区产生了一些裂纹，扩展较为明显，但仅发现了裂纹一种缺陷，并未产生气孔、缩松和夹杂物等缺陷，焊缝横截面的整体形貌良好.由图2c和图2d可以观察到，在焊缝区A区域和E区域产生了很多针状组织，结合表4和图4可知，这些针状组织的元素组成基本为Fe,Al元素以1∶2和1∶3的比例组成的FeAl2和FeAl3二元脆性相[9].而在靠近母材6061铝合金的一侧，通过EDS分析可以看出在B,C区域富集了很多Ni元素，结合XRD衍射图谱可以确认在这一区域形成了很多NiAl3二元韧性相[10].D区域未观察到针状组织，结合表4和图3可知，这一区域可能形成了少量Ni0.9Al1.1和NiAl3二元韧性相，其主要成分接近不锈钢母材.图3 0.1 mm Ni箔做中间层时焊缝横截面的XRD衍射图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermal cycle and its influence on the microstructure of laser welded butt joint of 8 mm thick Ti-6Al-4V alloy[J]. 田德勇,颜廷艳,高奇玉,王飞云,占小红. China Welding. 2019(03)
[2]LD10铝合金与C6不锈钢真空扩散焊接工艺研究[J]. 刘敏,曹鹏,张丽娜,张净,王华宾,李跃. 航天制造技术. 2019(04)
[3]爆炸焊接Al-Fe啮合界面的微观结构和力学性能（英文）[J]. 杨明,马宏昊,沈兆武,陈代果,邓永兴. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(04)
[4]Effect of electrode morphology on steel/aluminum alloy joint[J]. 张月莹,孙大千,苏雷,柳艳军. China Welding. 2019(01)
[5]添加Si粉激光深熔焊钢/铝接头的显微组织与性能[J]. 周惦武,刘金水,卢源志,周来沁,潘井春. 机械工程学报. 2018(14)
[6]钢/铝异种金属激光焊接头界面特性的研究[J]. 王晓虹,谷晓燕,孙大千. 机械工程学报. 2017(04)
[7]铝/镀锌钢电弧辅助激光涂粉填丝熔钎焊方法[J]. 李春玲,樊丁,于晓全,余淑荣. 中国激光. 2016(07)
[8]7A52铝合金-钢异种结构CMT熔钎焊接头组织及镀镍层的行为与影响[J]. 葛佳棋,王克鸿,周琦,张德库. 焊接学报. 2016(04)
[9]5056铝合金/镀锌钢预置涂粉激光熔钎焊组织及性能研究[J]. 余淑荣,蒋锴,樊丁. 机械工程学报. 2014(12)
本文编号：3100191
【文章来源】：焊接学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
～4d中A～F区EDS成分分析(原子分数，%)
试验使用尺寸均为80 mm×50 mm×1 mm的6061铝合金板和不锈钢板，板料的化学成分如表1和表2所示，中间层材料选择厚度为0.1 mm的Ni箔以及粒径为20μm的Si粉.试验前，使用1500目的砂纸去除板料表面氧化层后，使用丙酮洗去板料表面油污，由于铝合金对激光反射率很高，焊接试验采用钢上铝下的搭接形式.预置Si粉时，用丙酮将Si粉调和后均匀的涂抹在洁净的Ni箔表面，待其彻底干燥后，将预置了Si粉的Ni箔添加到铝合金、不锈钢母材之间，使用专用的夹具对板料进行固定.焊接时，激光垂直照射不锈钢板表面，用气体流量为20 L/min的氩气(Ar)对焊缝进行保护.添加预置Si粉的Ni箔做复合中间层的铝/钢异种金属激光焊试验，如图1所示，以获得最优的焊缝形貌为目标，确定了如表3所示的优化后的激光器工艺参数.为了与预置Si粉后的焊接试样进行对比，采用相同的工艺参数对Ni箔做中间层时进行铝/钢异种金属激光焊试验.试验完成后，使用线切割机将焊接试样切割为标准剪切试样，通过对焊缝横截面进行打磨和抛光处理制得金相试样，并使用体积比为2%HF+10%HNO+88%H2O的腐蚀液对金相试样腐蚀8 s冲洗后吹干待用.利用S-4800型扫描电子显微镜观察分析其形貌、组织特征；利用扫描电子显微镜及其自带能谱仪分析焊缝横截面各区域的元素分布，并利用D8 FOCUS型X射线衍射仪分析焊接接头的物相；利用电子万能试验机测试焊接试样的最大剪切力.2 试验结果与分析
图2为0.1 mm Ni箔做中间层时铝/钢异种金属激光焊接头焊缝横截面形貌.图3为焊缝横截面的XRD衍射图谱.表4为图2c和图2d中A～E区的EDS结果.从图2a可知，焊接熔池具有非常明显的指状“匙孔”形貌，观察到母材由于受到热应力的影响发生了一定的形变.从图2b中可以看出，在焊缝区产生了一些裂纹，扩展较为明显，但仅发现了裂纹一种缺陷，并未产生气孔、缩松和夹杂物等缺陷，焊缝横截面的整体形貌良好.由图2c和图2d可以观察到，在焊缝区A区域和E区域产生了很多针状组织，结合表4和图4可知，这些针状组织的元素组成基本为Fe,Al元素以1∶2和1∶3的比例组成的FeAl2和FeAl3二元脆性相[9].而在靠近母材6061铝合金的一侧，通过EDS分析可以看出在B,C区域富集了很多Ni元素，结合XRD衍射图谱可以确认在这一区域形成了很多NiAl3二元韧性相[10].D区域未观察到针状组织，结合表4和图3可知，这一区域可能形成了少量Ni0.9Al1.1和NiAl3二元韧性相，其主要成分接近不锈钢母材.图3 0.1 mm Ni箔做中间层时焊缝横截面的XRD衍射图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermal cycle and its influence on the microstructure of laser welded butt joint of 8 mm thick Ti-6Al-4V alloy[J]. 田德勇,颜廷艳,高奇玉,王飞云,占小红. China Welding. 2019(03)
[2]LD10铝合金与C6不锈钢真空扩散焊接工艺研究[J]. 刘敏,曹鹏,张丽娜,张净,王华宾,李跃. 航天制造技术. 2019(04)
[3]爆炸焊接Al-Fe啮合界面的微观结构和力学性能（英文）[J]. 杨明,马宏昊,沈兆武,陈代果,邓永兴. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(04)
[4]Effect of electrode morphology on steel/aluminum alloy joint[J]. 张月莹,孙大千,苏雷,柳艳军. China Welding. 2019(01)
[5]添加Si粉激光深熔焊钢/铝接头的显微组织与性能[J]. 周惦武,刘金水,卢源志,周来沁,潘井春. 机械工程学报. 2018(14)
[6]钢/铝异种金属激光焊接头界面特性的研究[J]. 王晓虹,谷晓燕,孙大千. 机械工程学报. 2017(04)
[7]铝/镀锌钢电弧辅助激光涂粉填丝熔钎焊方法[J]. 李春玲,樊丁,于晓全,余淑荣. 中国激光. 2016(07)
[8]7A52铝合金-钢异种结构CMT熔钎焊接头组织及镀镍层的行为与影响[J]. 葛佳棋,王克鸿,周琦,张德库. 焊接学报. 2016(04)
[9]5056铝合金/镀锌钢预置涂粉激光熔钎焊组织及性能研究[J]. 余淑荣,蒋锴,樊丁. 机械工程学报. 2014(12)
本文编号：3100191
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3100191.html
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