高熱裂傾向鎂合金細(xì)晶薄板的激光焊接行為及液化機(jī)理的研究.pdf

1、鎂合金作為目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度低，具有較高的比強(qiáng)度、比剛度和比彈性模量。同時(shí)在阻尼減震、導(dǎo)熱、電磁屏蔽、機(jī)加工等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，目前主要應(yīng)用于航空航天、車輛以及3C電子等領(lǐng)域。鎂合金板材主要用作輕量化結(jié)構(gòu)件、殼體、面板、沖壓焊接成形件等。由于鎂合金的塑性變形能力較差，高合金含量的高強(qiáng)鎂合金板材的制備具有較大技術(shù)難度。有研究表明，晶粒細(xì)化可以有效提高鎂合金的塑性加工能力及力學(xué)性能。AZ(Mg-Al-Zn)系、ZK(Mg-Zn

2、-Zr)系鎂合金為最常見(jiàn)的兩種高強(qiáng)鎂合金材料，其 AZ91、ZK60等高合金含量鎂合金應(yīng)用廣泛，但此類鎂合金板材制備技術(shù)難度大，熱裂傾向嚴(yán)重，極大地限制了此類鎂合金的應(yīng)用。ZK系鎂合金因含Zn量較高，熱裂傾向嚴(yán)重，一度被認(rèn)為是“不可焊材料”。通過(guò)在ZK系合金中加入稀土元素，可以顯著改善合金的力學(xué)性能及焊接性能。目前通過(guò)大應(yīng)變軋制工藝可以獲得性能良好的細(xì)晶鎂合金薄板，但是其細(xì)晶薄板的焊接工藝還需要進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。
　　激光焊接法

3、具有熱輸入量小、焊接速度快、半熔化區(qū)及熱影響區(qū)窄、熱裂傾向小等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為適合鎂合金的焊接方式。本論文分別對(duì)AZ91及ZK60-0.5Y兩種高熱裂傾向鎂合金的1mm厚細(xì)晶薄板進(jìn)行激光焊接，采用的焊接工藝有自熔焊及填帶焊兩種。研究了鎂合金薄板焊接工藝及接頭的組織特征，探討了接頭半熔化區(qū)的液化現(xiàn)象及機(jī)理。本論文得到的主要結(jié)論如下：
　　(1)通過(guò)焊接試驗(yàn)優(yōu)化獲得了兩種鎂合金細(xì)晶薄板的激光焊接工藝。對(duì)于1mm厚的AZ91及ZK60-

4、0.5Y鎂合金細(xì)晶薄板，采用填帶焊焊接更易獲得成形良好的接頭。AZ91細(xì)晶薄板的最佳焊接工藝參數(shù)為：焊接功率為1100W，焊接速度為6.5m/min；ZK60-0.5Y細(xì)晶薄板的最佳焊接工藝參數(shù)為：焊接功率為1300W，焊接速度為6.5m/min。
　　(2) AZ91及ZK60-0.5Y兩種細(xì)晶薄板焊接接頭的熔合區(qū)(FZ)皆由細(xì)小等軸樹(shù)枝晶組成。焊接接頭熱影響區(qū)(HAZ)晶粒長(zhǎng)大均不明顯，晶粒尺寸大小穩(wěn)定。
　　(3)探明

5、了兩種鎂合金細(xì)晶薄板半熔化區(qū)(PMZ)的液化機(jī)制。AZ91細(xì)晶薄板自熔焊焊接接頭半熔化區(qū)由于第二相的尺寸、數(shù)量、分布等因素的影響，存在兩種液化機(jī)制。對(duì)于大尺寸的P-MgnAh2相，其液化機(jī)制為大尺寸P相直接液化；對(duì)于亞微米尺寸的P-Mg17Ah2相，其液化機(jī)制為“組分液化”。對(duì)于ZK60-0.5Y細(xì)晶薄板焊接接頭PMZ的液化現(xiàn)象，主要存在四種液化機(jī)制，分別為：a-Mg基體熔化；偏析誘導(dǎo)液化及組分液化；殘余I-Mg3YZn6相的液化。對(duì)于

6、I相的液化現(xiàn)象，其液化后的再凝固組織主要為Mg7Zn3和I相的混合體。通過(guò)控制第二相尺寸、數(shù)量及減少熱輸入，可以有效抑制甚至消除液化反應(yīng)。
　　(4)對(duì)于兩種鎂合金細(xì)晶薄板，采用填帶焊皆可獲得力學(xué)性能優(yōu)異的焊接接頭。其中AZ91細(xì)晶薄板填帶焊接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到301MPa，為母材抗拉強(qiáng)度的82.8％，比自熔焊接頭提高16.9%； ZK60-0.5Y細(xì)晶薄板填帶焊接頭抗拉強(qiáng)度為269.7MPa，達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的93.5%，比自熔焊接