鎂-鋁異種金屬激光焊接試驗研究.pdf

1、鎂合金、鋁合金具有密度小、比強度高、可回收等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、3C產(chǎn)晶及現(xiàn)代兵器工業(yè)領(lǐng)域。由于鎂、鋁物理化學(xué)性能的差異，使鎂/鋁異種金屬的焊接存在一定的難度。本文采用光纖激光設(shè)備對AZ31B鎂合金和5083鋁合金實施直接焊接和添加鋅中間層焊接，分析了鎂/鋁異種金屬激光焊接的特點，并研究了鋅中間層對接頭組織、力學(xué)性能的影響；在試驗基礎(chǔ)之上，分析了焊縫中主要化合物延脆性及熱力學(xué)性質(zhì)之間的差異，闡述了鋅中間層對鎂/鋁焊接影

2、響的機理。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）采用激光對鎂/鋁搭接接頭直接焊接，通過正交試驗優(yōu)化，在P=l.8kW，V=5.5m/min，△?=2mm時得到表面成形質(zhì)量與力學(xué)性能均較好的焊接接頭。激光焊接中存在深熔焊、介穩(wěn)定焊和熱傳導(dǎo)焊三種模式，并形成對應(yīng)的熔池形狀。深熔焊接頭鎂側(cè)組織主要為a-Mg及樹枝狀A(yù)l12Mgl7，鋁側(cè)以a-Al及Al3Mg2為主，拉剪斷裂發(fā)生在鎂/鋁結(jié)合面附近過渡區(qū)連續(xù)分布的Mg-A1化合物層內(nèi)，平均拉剪力為

3、591.4N。介穩(wěn)定焊接頭組織混合程度高，形成了多處鎂/鋁界面，斷裂發(fā)生在鎂側(cè)熔合區(qū)附近的Al12Mg17化合物層，平均拉剪力為772.2N。熱傳導(dǎo)焊接頭鎂側(cè)組織均勾，鋁側(cè)底部生成了連續(xù)分布的Al12Mgl7、Al3Mg2化合物層，外力作用下沿底部化合物層發(fā)生剪切剝離，平均拉剪力僅為475.1N。
　?。?）深熔焊接頭隨鋅中間層厚度增加，過渡區(qū)連續(xù)分布的Al12Mg17數(shù)量減少，組織均勻化程度增加；中間層為0.1mm時，接頭拉剪力

4、達到700N，斷裂發(fā)生在鎂/鋁結(jié)合面附近，斷口呈現(xiàn)出混合斷裂形貌。介穩(wěn)定模式接頭隨中間層厚度增加，鎂側(cè)熔合區(qū)附近Al12Mg17化合物層厚度減小，組織均勻化程度增加，并生成了MgZn等化合物；中間層為0.15mm時，接頭平均拉剪力達1247.4N，斷裂發(fā)生在鎂側(cè)熔合區(qū)附近，斷口具有明顯的韌性特征，同時，鎂、鋁側(cè)焊縫硬度值波動減小。熱傳導(dǎo)焊接頭隨鋅中間層厚度増加，底部Mg-Al化合物層厚度明顯減少，Mg-Zn化合物的形成阻礙了Mg-Al化

5、合物層連續(xù)分布，形成了混合反應(yīng)層；中間層為0.1mm時，拉剪力達626.1N，斷裂方式為混合斷裂。
　　（3）化合物延脆性及熱力學(xué)計算結(jié)果表明，鎂/鋁直接焊接時，焊縫中易生成剛度及硬度較大、變形能力差的脆性相Al12Mg17，添加鋅中間層焊接時，焊縫中容易生成呈現(xiàn)延性的MgZn2及MgZn化合物。所以，在試驗中，焊縫中生成的Mg-Zn化合物改善了Al12Mg17連續(xù)分布的狀況，減小了接頭的脆化程度，進而提升了接頭的力學(xué)性能。鎂/鋁