AZ31B鎂合金焊接冶金性能研究.pdf

1、鎂合金具有一系列優(yōu)點(diǎn)，尤其是作為輕質(zhì)工程結(jié)構(gòu)材料備受關(guān)注，鎂合金及其加工技術(shù)也就成為人們研究的熱點(diǎn)。由于熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱快、熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，鎂合金的焊接性能較差。針對(duì)鎂合金連接方面需要解決的眾多問(wèn)題，鎂合金焊接冶金基礎(chǔ)理論的研究仍然是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。本論文針對(duì)鎂合金常用的電阻點(diǎn)焊Spot Welding-SW、鎢極氬弧焊Tungsten Inert Gas Arc Welding-TIG和熔化極氬弧焊Metal Inert Gas Arc

2、 Welding-MIG等三種方法的焊接冶金性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。 本文研究了厚度為2 mm的AZ31B鎂合金板材電阻點(diǎn)焊焊接性能，能夠獲得成型良好的點(diǎn)焊焊接接頭。最佳工藝參數(shù)是焊接電流4.85 kA、焊接時(shí)間1.3s、加壓時(shí)間0.44s、冷卻時(shí)間0.4s、維持時(shí)間0.4s、休止時(shí)間0.4s。點(diǎn)焊接頭中母材、熱影響區(qū)Heat Affected Zone-HAZ和熔核區(qū)分界明顯；HAZ形成環(huán)狀的塑性區(qū)將母材和熔核區(qū)分割開(kāi)。熔核區(qū)得到

3、樹(shù)枝晶和等軸晶的混合組織。點(diǎn)焊接頭的最大抗剪力達(dá)到2300N。 TIG焊接8mm厚度AZ31B鎂合金時(shí)，焊縫區(qū)和母材的物相種類組成一致，均為a-Mg固溶體和Mg17Al12金屬間化合物，但物相含量略有區(qū)別，母材的強(qiáng)度峰值比焊縫區(qū)的高。隨著焊接電流的增大，HAZ和焊縫區(qū)的晶粒尺寸均增大，共晶物Mg17Al12的析出數(shù)量增多，且連續(xù)彌散分布在晶界和晶粒內(nèi)部。焊縫區(qū)晶粒的變化幅度較HAZ的小。AZ31B鎂合金母材和TIG對(duì)接焊接接頭的

4、抗拉強(qiáng)度分別為228.76MPa和149.31MPa，對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度是母材的65.27％。同時(shí)，HAZ的硬度值低于母材，最小值為42HK；焊縫區(qū)的共晶物較多，硬度最高可達(dá)95HK。 AZ31B鎂合金在TIG焊接的情況下，具有較大的焊接熱裂紋傾向。熱裂紋均在焊縫金屬中產(chǎn)生，開(kāi)裂處始于焊縫上表面。主裂紋是沿晶擴(kuò)展，兩側(cè)存在多次分叉裂紋。分叉裂紋為沿晶與穿晶擴(kuò)展方式共存。焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接熱裂紋的產(chǎn)生有較大的影響。焊接電流大于17

5、0A的焊接試件均出現(xiàn)了焊接熱裂紋，而焊接電流小于160A的焊接試件未產(chǎn)生任何裂紋。 斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)焊后對(duì)每個(gè)試件焊縫區(qū)進(jìn)行了觀察，線能量較大的兩個(gè)試樣在焊縫區(qū)出現(xiàn)了焊接熱裂紋。焊接熱裂紋的擴(kuò)展特征與自熔焊熱裂紋的特征類似，主裂紋亦屬于沿晶斷裂，裂紋擴(kuò)展中也存在多次分叉裂紋，不同的是分叉裂紋屬于穿晶擴(kuò)展。形成機(jī)理與自熔焊熱裂紋的分析結(jié)果相近。未產(chǎn)生裂紋的試件在放置48小時(shí)以后仍然沒(méi)有觀察到任何形式的表面和內(nèi)部裂紋，AZ31

6、B鎂合金TIG焊接冷裂傾向小。 AZ3lB鎂合金MIG焊接時(shí)，熔滴顆粒細(xì)小均勻，存在飛濺和焊瘤現(xiàn)象，焊縫成型不及TIG焊接時(shí)均勻。10mm厚AZ31B鎂合金MIG焊接的最佳焊接工藝參數(shù)為:焊接電流250A、焊接電壓27V、焊接速度13.37mm/s、保護(hù)氣體流量25L/min、干伸長(zhǎng)15mm。MIG焊接與TIG相比，焊縫區(qū)晶界連續(xù)彌散分布的共晶物增多，晶粒得到細(xì)化:HAZ晶內(nèi)的共晶物呈塊狀分布。Mgl7Al12相的彌散分布，可以

7、彌補(bǔ)焊縫區(qū)晶界的缺欠，使得MIG焊接熱裂紋的擴(kuò)展受到限制，裂紋長(zhǎng)度減小。同時(shí)，MIG焊縫區(qū)的顯微硬度可達(dá)102HK，比TIG的高。 AZ31B鎂合金母材、TIG和MIG焊縫金屬在3.5％NaCl中性溶液中電化學(xué)腐蝕反應(yīng)劇烈。母材的自腐蝕電位Ecorr=-1.425V，自腐蝕電流Icorr=1.093×10-2A。TIG焊縫金屬的自腐蝕電位和自腐蝕電流分別為-1.489V和1.598×10-2A。MIG焊縫金屬的自腐蝕電位和自腐蝕