本文介绍了 Al-Si-Zn 填充金属在 AR 500 钢和 AA 7075 铝合金表面润湿和铺展的实验研究结果。通过不同表面条件下的接触角和铺展比分析了填充金属在金属表面的润湿和铺展情况。接触角是测量液-气界面切线与固体表面之间的角度。而铺展比是根据填充金属铺展形状几何直径的变化来测量的。低熔点填充金属的使用越来越受欢迎,因为它们能够降低热量对金属的影响。然而,低铺展和脱湿条件限制了填充金属的应用,因为这些条件会对接头能力产生不利影响。但总的来说,这项针对这些金属的不同表面条件的研究是为了确定填充金属的润湿和铺展行为。本研究将通过火炬钎焊加热的 Al-Si-Zn 填充金属应用于具有不同表面条件的 AR 500 钢和 AA 7075 铝合金表面。实验结果表明,与粗糙的金属表面相比,填充金属在光滑表面上的扩散面积更大。
Iris Labadie Kyocera America, Inc. 8611 Balboa Avenue San Diego, CA 92123 电子邮件:iris.labadie@kyocera.com 摘要 钎焊是实现封装金属化和金属部件(如散热器、密封环和连接器)之间可靠粘合的关键工艺。封装的信号完整性、机械可靠性和热管理性能不仅依赖于材料的改进,还依赖于利用这些改进的制造方法。用于医疗、恶劣环境或航空航天应用的高可靠性封装需要彻底了解选择哪种制造工艺,以及夹具和材料准备,以满足高功率 GaN 和 SiC 器件运行时对更高频率下低电损耗和更高热导率的日益增长的需求。在本文中,我们将讨论利用制造设计工具和方法实现最佳钎焊。 钎焊机理和功能 钎焊是通过将一层薄薄的毛细管填充金属流入金属之间的空间来连接金属。接合是由少量母材金属溶解在熔融填充金属中而产生的紧密接触,母材金属不会熔化。术语“钎焊”用于温度超过某个值的情况,例如 450°C。术语“焊接”通常用于低于 450°C 的温度 [1]。钎焊有一个基本要求,必须满足该要求才能形成可靠的钎焊接头。为了使冶金接头可接受,填充金属必须与母材表面发生部分反应。因此,填充金属充当两个部分之间的连接。Cusil 是一种铜和银的共晶合金,是封装行业最常用的填料。这是合理的,因为它会轻微溶解镍而不会形成有害的金属间化合物。使用钎焊将金属连接到陶瓷封装和复杂模块有四个主要功能原因
AWS 认证焊工 – 气体保护钨极电弧焊 (GTAW) 管道 – 不锈钢到碳钢被视为异种金属(不锈钢填充金属到碳钢母材)的 A 级管道焊工认证。这是一项动手操作的行业焊接测试,它衡量焊工在 2 英寸 Schedule 80 碳钢管上以 6G 位置焊接完好焊缝金属的技能。该测试将使用 309L 填充金属从根部焊道、填充焊道到盖面焊道进行焊接,并使用背衬气体氩气吹扫。(ASME)美国机械工程师学会 - 第 1X 节锅炉和压力容器规范和程序,管理 2 英寸管道焊接测试的资格和认证。应使用(NDT)无损检测(VT)目视检测和/或 x 射线以及引导弯曲测试来检查该测试,以确定焊接测试是否符合管理规范和程序的标准。
摘要:本研究调查了使用 CO₂ 激光焊接工艺生产的 AISI 304 钢焊缝的机械和微观结构行为。重点是了解不同焊接条件对 2 毫米厚钢板的影响。焊接在三种条件下进行:无根部开口的自热焊、使用填充金属的 1 毫米根部开口焊接以及使用填充金属但没有根部开口的焊接。使用扫描电子显微镜 (SEM)、显微硬度测试、单轴疲劳测试和随后的断口检查分析了接头。微观结构分析表明,在所有条件下,自热焊缝中存在大量孔隙,并且主要形成 delta 铁素体和板条状铁素体相。在机械性能方面,自热焊缝在母材中表现出断裂,而使用填充金属的焊缝在焊缝金属附近表现出断裂。尽管平均抗疲劳性存在明显差异,但自热焊缝和使用填充金属但没有根部开口的焊缝表现出更高的失效循环次数。关键词:激光焊接,不锈钢,微观组织,力学性能,疲劳 1. 引言
钢 (SS) 与 AISI 400 系列马氏体不锈钢 (参考文献 10、11) 相似,但它仍然非常出色,并且可以采用任何常见的电弧、电阻或高能量密度焊接工艺进行焊接。无需预热 (参考文献 12-I 6) 或 PWHT 来防止开裂或恢复延展性 (参考文献 10、1 [ ])。在这种材料中,由于微观结构中存在残余奥氏体 (参考文献 12),紧邻熔合区的热影响区 (HAZ) 可以通过焊接加热和冷却循环 (参考文献 12、15、17) 有效地退火或软化。因此,这种材料可以在时效条件下焊接而不会产生裂纹(参考文献 11、15),因为焊接热量会导致 HAZ 局部软化(参考文献 12)。此外,在固溶处理 (ST) 条件下焊接不会导致固溶处理结构出现明显的沉淀硬化,因为焊接期间的加热时间太短(参考文献 12、14、15)。对于焊接 17-4 PH SS,通常首选匹配成分或低强度高延展性不锈钢的填充金属和电极(参考文献 1、11、15、16)。用匹配填充金属制成的焊件可以时效到与母材相当的强度水平,并用于生产高强度焊件。但是,如果允许较低的强度水平,则可以使用奥氏体不锈钢焊接金属。
这项技术可以小批量生产个性化部件 [2]。这些部件可以打印成各种复杂的形状,而后期加工很少 [3]。单个产品的成本大大降低,工艺生产率也提高了 [2,4]。在电弧增材制造 (WAAM) 中,电弧焊工艺用于制造部件 [5]。电弧加热金属丝,熔融金属沉积在基材上 [5,6]。热填充金属在基材上的沉积会导致基材温度升高。与剩余较冷区域相比,基材在热影响区域的热膨胀会导致其机械性能发生变化。这会导致基材内形成残余应力 [7],并导致基材变形和尺寸不稳定 [6]。过去,不同的作者描述了
本报告提供数据和分析,以支持在造船业中接受高强度钢中的未接合焊缝。由 HSLA-100 钢板(最低屈服强度为 690 MPa)和横向坡口焊缝进行的宽板拉伸试验表明,适度欠匹配的接头(实际焊缝屈服强度比实际底板屈服强度低 12%)可以实现与过度匹配焊缝一样高的强度和延展性。欠匹配 18% 至 28% 的焊缝表现出全强度,但延展性最小。相对粗网格弹塑性有限元分析充分再现了实验中观察到的行为。制备了宽板试样,在适度低匹配和高匹配焊缝中都含有各种受控的缺陷。这些缺陷试样表现出卓越的性能,适度低匹配焊缝和高匹配焊缝的结果之间没有一致的差异。当承受剪切载荷时,低匹配高达 25% 的坡口焊缝可达到 HSLA-100 板所需的最小剪切强度,并具有出色的延展性。为便于使用具有最佳焊缝金属性能的高强度钢,给出了各种接头的设计、有限元分析、焊缝填充金属选择和焊接程序指南和说明。
3.2.4.1 讨论 — 适用于 DED 的电弧工艺表面上基于气体保护工艺,即 GTA、PA、PTA 和 GMA 及其变体。3.2.5 建成状态,adj— 参见建成状态、ISO 52900 和 3.3。3.2.6 构建平台,n— 参见构建平台。ISO/ASTM 52900 3.2.6.1 讨论 — 在 ISO/ASTM 52900 中,机器的构建平台被定义为提供一个表面的底座,零件的构建在该表面之上,并在整个构建过程中受到支撑。在 DED 中,构建平台也可以是需要修复的组件,也可以是非平面的。3.2.7 捕获效率,n— 从沉积头喷出的粉末中融入构建结构的比例。通常以百分比表示。 3.2.8 载气,名词——通常为惰性气体,用于将粉末从沉积头运送到熔池,在某些系统中也用于辅助将粉末从储存系统运送到沉积头。 3.2.9 铸件,名词——一根金属线,松散地抛在地板上的一段金属线所形成的圆的直径。 3.2.10 包层,名词——参见包层,AWS A3.0/A3.0M。 3.2.11 横流,名词——通常为惰性气体,方向垂直于受保护镜头的光轴。 3.2.12 循环,名词——单个循环,其中一个或多个组件、特征或修理在机器的构建空间中分层构建。 ISO/ASTM 52900 3.2.12.1 讨论——DED 非常适合修理、特征添加和再制造应用。在本指南中,无论是构建完整部件、其一部分还是修复,术语“DED 构建循环”和“DED 沉积循环”的使用都是同义词。 3.2.13 缺陷,名词——参见缺陷,术语 E1316。 3.2.14 沉积头,名词——向熔池输送能量和原料的装置。 3.2.15 沉积速率,名词——参见沉积速率,AWS A3.0/A3.0M。 3.2.16 定向能量沉积 (DED),名词——参见 ISO/ASTM 52900 和 3.3。 3.2.17 进料,名词——将材料(线材或粉末形式)输送到熔池的机制。 3.2.18 填充金属,名词——参见填充金属,AWS A3.0/A3.0M。 3.2.19 裂纹,名词——参见裂纹,术语 E1316。 3.2.20 焦斑,名词——参见焦斑,AWS A3.0/A3.0M。 3.2.21 功能梯度材料,名词——在成分或结构(或二者)上随空间变化的沉积材料,导致材料性质的相应变化。 3.2.22 气体金属电弧(GMA),名词——参见气体金属电弧焊(GMAW),AWS A3.0/A3.0M。 3.2.22.1 讨论——AWS 定义中的“焊接”一词表示两块或多块材料的连接。由于 DED 不是这种情况,因此删除了“焊接”一词。其余术语描述电弧物理学。
将一根管道连接到另一根管道是一项劳动密集型过程,因为它需要焊接、螺纹或法兰以及相关设备。虽然这种类型的钢包含多种元素成分,主要含有铁,但可以添加其他几种金属成分,对其可焊性和强度产生很大影响 [1-3]。焊接钢通常需要预热和后热处理,以防止焊接开裂,而焊接钢(如高碳钢)更容易出现焊接开裂,需要特殊的焊接填充金属。裂纹是指焊接熔池未填满的焊缝,它是由焊接金属冷却时发生的收缩应变引起的。当收缩受限时,将引起导致开裂的残余应力。据此,通常会导致开裂的典型因素包括:(i) 焊接过程中产生的氢气、(ii) 易开裂的硬脆结构和 (iii) 作用于焊接接头本身的拉伸应力 [2,4-6]。可以说,钢的碳当量越高,可焊性越差。这意味着碳含量超过 0.2% 的钢的可焊性被认为是较差的,因为钢的硬度高,开裂的可能性也高。相比之下,低碳钢显示出优势,并且是室温下最容易焊接的钢
由于焊接电流会影响电极烧尽速度、熔合深度和焊件几何形状,因此它是电弧焊工艺中最重要的变量。焊道形状、焊接速度和焊接效率都受电流影响。由于直流电极负极 (DCEN)(正极性)产生更好的效果,因此电极正极 (DCEP) 上的焊接穿透深度和行进速度更大,并且它用于大多数 GTAW 焊接(反极性)。反极性允许电极尖端快速升温并在气体钨中降解。因为阳极比阴极升温更快。气体钨电弧焊中的较高电流会导致飞溅和工件损坏。同样,在气体钨电弧焊中,较低的电流设置会导致填充焊丝粘住。为了沉积等量的填充物,必须长时间施加高温。因此,对于较低的焊接电流,通常会看到更大的热影响区域。在固定电流模式下调整电压以保持电弧电流稳定 [3,4]。与其他焊接工艺相比,我们通常通过钨极惰性气体焊接实现无缺陷接头。让您更好地控制焊接,从而实现更快、更高质量的焊接。另一方面,GTAW 比大多数其他焊接方法复杂得多,难以跟踪,而且速度要慢得多。填充金属通常被使用,但是一些焊接(称为自熔焊或组合焊)不需要它。这种方法提供了竞争方法,例如焊接技术包括屏蔽金属电弧焊和气体金属电弧焊。