鎂合金-不同表面狀態(tài)鋼激光熔釬焊工藝及界面行為研究.pdf

1、鑒于鎂合金低密度、高比強(qiáng)度的特點(diǎn),其廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等領(lǐng)域,替換部分非結(jié)構(gòu)件的鋼材以進(jìn)行減重。在當(dāng)今實(shí)際生產(chǎn)過程中,高效高質(zhì)的激光焊接應(yīng)用越來越廣泛,因此實(shí)現(xiàn)鎂/鋼異種材料的激光焊接,獲得多功能輕量化的復(fù)合結(jié)構(gòu)件具有重要的研究前景和現(xiàn)實(shí)意義。而鎂與鋼的物理性能差異較大,且兩者既不固溶也無冶金反應(yīng),因此如何使接頭具有可靠的力學(xué)性能,是當(dāng)前所有關(guān)于鎂/鋼異種接頭的研究中的重點(diǎn)。
　　本文采用搭接熔釬焊的方法,選擇AZ91鎂合金

2、焊絲作為填充釬料進(jìn)行鎂/鋼焊接特性的研究。分析了各種工藝參數(shù)對(duì)1.5mm厚母材的焊接接頭成形的影響,并進(jìn)行了力學(xué)性能測試。得到的最佳焊接規(guī)范為光斑偏移1.5mm、離焦量+30、激光功率2400W、焊接速度0.5m/min、送絲速度4m/min。試件的最佳拉剪強(qiáng)度可達(dá)鎂母材的91.6％。
　　考慮到鋼的不同表面狀態(tài)對(duì)釬料的潤濕鋪展有著重要的影響,試驗(yàn)中對(duì)鋼母材表面進(jìn)行了若干種特殊處理(化學(xué)腐蝕/機(jī)械打磨/激光掃鋅)。對(duì)比觀察相同工藝

3、下的接頭成形,發(fā)現(xiàn)接頭潤濕角由小到大排列依次是:激光掃鋅、輕/重度腐蝕和機(jī)械打磨。相應(yīng)的拉剪試驗(yàn)結(jié)果表明,輕/重度腐蝕接頭的強(qiáng)度顯著高于機(jī)械打磨接頭,而激光掃鋅接頭的強(qiáng)度最低。
　　鎂/鋼激光熔釬焊接頭特征可分為焊縫、界面區(qū)(近鋼側(cè))、熔合區(qū)(近鎂側(cè))。焊縫的典型形態(tài)為α-Mg固溶體+晶界析出的鎂鋁共晶/鎂鋅共析組織,界面層由FeAl+Al12Mg17(打磨或腐蝕)/MgZn(激光掃鋅)混合而成,且隨著激光功率的增大或焊接速度的降

4、低,化合物層厚度相應(yīng)增加且形狀發(fā)生改變。不同表面狀態(tài)下化合物層形態(tài)有明顯區(qū)別:機(jī)械打磨和重度腐蝕化合物層厚度小于輕度腐蝕,而激光掃鋅后的接頭在FeAl層外生長出了連續(xù)層片狀的MgZn化合物。
　　對(duì)于成形良好的接頭,表面狀態(tài)直接影響了斷裂方式:一為斷裂在界面,其抗剪強(qiáng)度很小,此時(shí)斷口處為光滑平整的界面化合物,屬于典型的脆性斷裂(對(duì)應(yīng)的表面處理方式一般為激光掃鋅和機(jī)械打磨(小部分))。二為斷裂在焊縫,其抗拉強(qiáng)度較好,此時(shí)斷口表面為粗