填加鎳夾層的鎂-鋼異質(zhì)金屬激光-TIG復(fù)合熱源對(duì)接雙面熔化焊研究.pdf

1、異質(zhì)材料結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮“物盡其材”的效果，成為國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)者提高關(guān)鍵零部件綜合性能的重要途徑。尤其是近年來(lái)發(fā)展的鎂合金/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)可兼具整體減重與局部承載增強(qiáng)的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。而鎂合金/鋼異質(zhì)材料連接技術(shù)問(wèn)題的解決，成為該新型復(fù)合結(jié)構(gòu)獲得工業(yè)廣泛應(yīng)用的前提和關(guān)鍵。
　　目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀表明，針對(duì)鎂/鋼異質(zhì)金屬對(duì)接結(jié)構(gòu)熔化焊的研究甚少，本課題組前期通過(guò)填加銅鋅夾層使得接頭斷裂在焊縫處。而本文則在保證鎂/鋼界面可靠結(jié)合

2、的同時(shí)，以提高接頭焊縫區(qū)的強(qiáng)度為切入點(diǎn)，選取純鎳作為過(guò)渡，利用鎳與鐵在高溫下可以無(wú)限互溶的特點(diǎn)，期望降低接頭焊縫中過(guò)渡元素的含量，以降低對(duì)焊縫區(qū)強(qiáng)度的劣化，從而進(jìn)一步提高接頭的抗拉強(qiáng)度。開(kāi)展了填加鎳夾層的鎂/鋼對(duì)接單面熔化焊和雙面熔化焊接工藝實(shí)驗(yàn)，并對(duì)雙面熔化焊接頭的組織性能及結(jié)合機(jī)制進(jìn)行了研究。
　　通過(guò)填加鎳夾層，利用激光-TIG復(fù)合熱源實(shí)施對(duì)接熔化焊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單面熔焊過(guò)程中鎂/鋼界面處易出現(xiàn)裂紋、孔洞等焊接缺陷，不利于鎂/鋼

3、焊接成形。于是提出了鎂/鋼薄板對(duì)接雙面熔化焊接新工藝，接頭拉伸強(qiáng)度可達(dá)232MPa，約為鎂合金母材強(qiáng)度的90％，接頭斷裂位置處于鎂/鋼界面附近。接頭主要是由焊縫區(qū)、鎂/鋼界面過(guò)渡層和寬度約為300μm左右的Fe-Ni固溶區(qū)組成。其中焊縫區(qū)主要是由重熔的鎂和大量彌散分布的具有微納尺度（約500nm左右）的AlNi相顆粒構(gòu)成，鎂/鋼界面是一層厚度約為1μm左右的薄過(guò)渡層，F(xiàn)e-Ni固溶區(qū)則主要是Ni在Fe中的固溶體區(qū)。
　　在不同的焊

4、接熱輸入狀態(tài)下，進(jìn)行鎂/鋼填銅鋅夾層的復(fù)合熱源對(duì)接雙面熔化焊接工藝驗(yàn)證分析，結(jié)果表明雙面熔化焊接新工藝作用下，接頭幾何結(jié)構(gòu)的改變并不是獲得鎂/鋼可靠連接的主要原因，而鎳的介入改變了焊縫組織結(jié)構(gòu)并提高了焊縫區(qū)的強(qiáng)度才是獲得高強(qiáng)度鎂/鋼連接接頭的關(guān)鍵。
　　鎂/鋼填鎳夾層對(duì)接雙面熔化焊接過(guò)程中，大部分的鎳與鐵結(jié)合形成明顯的Fe-Ni固溶區(qū)，僅有少量的鎳進(jìn)入鎂合金熔池優(yōu)先與鋁反應(yīng)形成大量具有微納尺度的AlNi相顆粒并彌散分布于焊縫基體。