镁合金/铝合金CMT焊接技术研究

摘要

随着节能减排和轻量化目标的提出，镁合金和铝合金的应用越来越广，镁/铝的焊接问题会不可避免的遇到。由于镁/铝焊接容易出现金属间化合物、气孔和裂纹等缺陷，使用传统的焊接方法难以获得性能良好的焊接接头。冷金属过渡技术(CMT)是一种新型焊接技术，它能大大降低焊接热输入，通过采用CMT技术使镁/铝异种金属达到高强度的连接，对生产应用具有重大意义。
　　本文采用CMT焊接技术对1.5 mm厚的AZ31B镁合金和6061铝合金进行连接，首先，选用 AlSi5焊丝进行搭接焊试验，寻找合适的焊接工艺参数，并分析气孔、裂纹和金属间化合物形成的原因；其次，依次使用AlSi5、AlSi12和AlMg5焊丝作为填充金属，使用0.1mm的锌箔为辅助夹层进行试验，找出力学性能最优的焊丝并分析合金元素的作用机理；最后，在锌夹层辅助下采用不同的热输入进行焊接，分析不同的焊接热输入对镁/铝焊接接头力学性能和元素分布的影响。
　　以上研究结果表明：采用 AlSi5焊丝作为填充金属直接焊时，焊接接头出现了气孔和裂纹缺陷，镁侧熔合区生成了约40μm的镁铝金属间化合物，拉伸断裂发生在镁侧熔合区，断裂性质为脆性断裂，断口处存在Al12Mg17、AlMg和Al3Mg2等金属间化合物。这些脆硬的化合物在镁侧熔合区和镁侧焊缝区呈连续分布，恶化了接头的力学性能。在此基础上采用AlSi5焊丝作为填充金属，使用0.1 mm锌箔为夹层进行焊接，镁侧熔合区的宽度变宽，并且生成了镁锌化合物，镁锌化合物和镁铝化合物在镁侧熔合区相间分布，一定程度上防止了裂纹的产生，接头力学性能相对镁/铝直接焊提高了30％。
　　分别采用AlMg5和AlSi12焊丝作为填充金属在锌夹层辅助下进行焊接，使用AlMg5焊丝进行焊接时，镁侧熔合区生成了MgZn2和Al12Mg17，接头力学性能相对使用AlSi5焊丝无明显变化，拉伸断裂发生在镁侧熔合区。使用 AlSi12焊丝进行焊接时，镁侧熔合区生成了Mg2Si、MgZn2和Al12Mg17，它们相间分布，接头力学性能相对于使用AlSi5加锌箔时提高了30%。拉伸断裂发生在焊缝中心区，断裂形式为脆性断裂。断裂原因是焊缝中心区生成了气孔缺陷，气孔的存在大大减少了接头的有效承载面积。生成气孔的原因是较多硅进入熔池，致使熔池凝固时间缩短，流动性变差，气体来不及逸出。使用 AlSi12焊丝，采用较低的热输入时，焊缝组织致密，气孔缺陷较少，较高的热输入时，锌烧损严重，气孔增多，恶化了接头的力学性能，合理的热输入能减少气孔、裂纹和金属间化合物的产生，从而获得优质的焊接接头。

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第1章 绪论

1.1 课题研究意义

1.2 镁/铝焊接性分析

1.3 镁/铝异种材料焊接难点分析

1.4 镁/铝异种金属连接现状

1.5 本课题的研究内容

第2章 试验材料、设备和方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法、设备及步骤

2.3 焊接接头性能分析

第3章 镁/铝CMT焊接接头化合物和缺陷形成特征研究

3.1 焊接接头形式的选择

3.2 CMT焊接的基本工艺参数

3.3 焊接接头的宏观成形

3.4 焊接接头微观组织

3.5 焊接接头缺陷分析

3.6 焊接接头力学性能及断口分析

3.7 本章小结

第4章 锌夹层辅助下不同焊丝对镁/铝焊接接头的影响

4.1 夹层的确定

4.2 不同焊丝焊接过程及宏观成形

4.3 不同焊丝焊接接头微观组织

4.4 不同焊丝焊接接头缺陷分析

4.5 不同焊丝焊接接头力学性能及断口分析

4.6 本章小结

第5章 不同焊接热输入对镁/铝焊接接头的影响

5.1 不同热输入焊接过程及焊接工艺参数

5.2 不同热输入焊缝宏观形貌分析

5.3 不同热输入焊接接头微观组织

5.4 不同热输入焊接接头缺陷分析

5.5不同热输入焊接接头力学性能及断口分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢