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，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。由于熔點低、導熱快、熱膨脹系數(shù)大等特點，鎂合金的焊接性能較差。針對鎂合金連接方面需要解決的眾多問題，鎂合金焊接冶金基礎理論的研究仍然是一個關(guān)鍵內(nèi)容。本論文針對鎂合金常用的電阻點焊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行了詳細研究。 本文研究了厚度為2 mm的AZ31B鎂合金板材電阻點焊焊接性能，能夠獲得成型良好的點焊焊接接頭。最佳工藝參數(shù)是焊接電流4.85 kA、焊接時間1.3s、加壓時間0.44s、冷卻時間0.4s、維持時間0.4s、休止時間0.4s。點焊接頭中母材、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。熔核區(qū)得到

3、樹枝晶和等軸晶的混合組織。點焊接頭的最大抗剪力達到2300N。 TIG焊接8mm厚度AZ31B鎂合金時，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對接焊接接頭的

4、抗拉強度分別為228.76MPa和149.31MPa，對接接頭的抗拉強度是母材的65.27％。同時，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，開裂處始于焊縫上表面。主裂紋是沿晶擴展，兩側(cè)存在多次分叉裂紋。分叉裂紋為沿晶與穿晶擴展方式共存。焊接工藝參數(shù)對焊接熱裂紋的產(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焊后對每個試件焊縫區(qū)進行了觀察，線能量較大的兩個試樣在焊縫區(qū)出現(xiàn)了焊接熱裂紋。焊接熱裂紋的擴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，裂紋擴展中也存在多次分叉裂紋，不同的是分叉裂紋屬于穿晶擴展。形成機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小時以后仍然沒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，熔滴顆粒細小均勻，存在飛濺和焊瘤現(xiàn)象，焊縫成型不及TIG焊接時均勻。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、保護氣體流量25L/min、干伸長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、彌補焊縫區(qū)晶界的缺欠，使得MIG焊接熱裂紋的擴展受到限制，裂紋長度減小。同時，MIG焊縫區(qū)的顯微硬度可達102HK，比TIG的高。 AZ31B鎂合金母材、TIG和MIG焊縫金屬在3.5％NaCl中性溶液中電化學腐蝕反應劇烈。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