AZ31B镁合金/Q235钢激光-电弧复合对接焊接头腐蚀行为研究

摘要

镁合金作为轻质结构合金在工业中的应用日益广泛，实现镁合金与钢异质金属间的连接对于汽车轻量化的发展与应用有着重要影响。镁合金与钢之间自腐蚀电位差异较大，二者连接件受电偶腐蚀影响严重。镁/钢连接件的腐蚀行为会严重影响其工业应用，进行镁/钢连接件接头耐蚀性的研究十分必要，但目前国内外学者对于镁/钢异种金属接头腐蚀行为的相关研究十分匮乏。 本文通过填加AZ61焊丝和填加Ni夹层两种方法，采用激光-电弧双热源焊接手段获得成形及力学性能良好的AZ31B镁合金和Q235低碳钢板的对接接头；对填丝焊和填加夹层焊两种镁/钢对接接头的微观组织和腐蚀行为进行了详尽研究，通过观察接头焊缝及界面周围的组织演变特性，探究其组织性能演变规律；测试镁/钢接头各区域腐蚀行为，揭示其腐蚀机制，探究影响焊缝腐蚀性能的因素，为异种金属连接件的进一步研究和应用提供理论基础。 填丝焊对接接头焊缝由α-Mg基体和β-Mg17Al12析出相组成，焊缝中大滴状飞溅与其邻近焊缝基体之间形成了“类界面”结构。邻近镁/钢界面和“类界面”结构的焊缝区域是整个填丝焊接头中腐蚀抗性最薄弱的区域，自腐蚀电位为1.348V，自腐蚀电流密度为2.821×10-4A·cm-2，Q235母材、大滴状飞溅和焊缝基体之间的电势差恶化了焊缝的腐蚀性能；焊缝其它部位腐蚀抗性较强，发生微电偶腐蚀，宏观表现出点蚀形貌，β-Mg17Al12析出相作为阴极相加剧了α-Mg基体的腐蚀；而镁/钢界面本身的腐蚀抗性最强，得益于Al、Mn元素的富集。 填加Ni夹层的镁/钢对接单面焊接头焊缝由α-Mg基体和AlNi析出相组成，界面上半部分形成FeNi固溶体，下半部分形成α-Mg+Mg2Ni共晶组织；接头焊缝中钢飞溅数量较多。镁侧热影响区晶粒较母材更为粗大，腐蚀性能较母材差，部分熔化区较两侧合金更容易发生腐蚀；邻近界面处的焊缝自腐蚀电流密度为2.549×10-4A·cm-2，是整个接头中耐蚀性最薄弱的区域，α-Mg+Mg2Ni共晶组织自身腐蚀性能较差，但对其邻近处的焊缝腐蚀性能影响较小；FeNi固溶体与焊缝基体之间的高电势差加剧焊缝的腐蚀；随着与界面距离的增加，焊缝中钢飞溅和AlNi相分布逐渐减少，焊缝的腐蚀得到减缓。 填加Ni夹层的镁/钢接头界面处FeNi固溶体与邻近界面的焊缝之间电势差大于填加AZ61焊丝的接头钢母材与邻近界面焊缝之间的电势差，且填加Ni夹层的接头界面处共晶组织自身耐蚀性能差，因此填加夹层的接头界面处焊缝耐蚀性能优于填丝焊接头界面处焊缝，焊缝中大滴状飞溅和金属间化合物对焊缝耐腐蚀性能的恶化作用强烈。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 镁/钢焊接国内外研究现状

1.2.1 固相焊

1.2.2 熔钎焊

1.2.3 熔化焊

1.3 镁合金与异种金属连接件耐蚀性国内外研究现状

1.3.1 镁合金/铝合金连接件耐蚀性研究

1.3.2 镁合金/钛合金连接件耐蚀性研究

1.3.3 镁合金/钢连接件耐蚀性研究

1.3.4 镁合金/复合材料连接件耐蚀性研究

1.4 研究思路及主要研究内容

2 实验材料、设备及方法

2.1 焊接材料、设备及方法

2.1.1 镁/钢焊接材料

2.1.2 焊接系统及焊接方法

2.2 接头微观组织检测分析方法

2.3 接头腐蚀性能测试分析方法

3 镁/钢激光-电弧填丝焊对接接头微观组织及腐蚀性能研究

3.1 镁/钢填丝焊接头微观组织分析

3.2 镁/钢填丝焊接头焊缝及界面元素分析

3.3 镁/钢填丝焊接头腐蚀行为研究

3.3.1 浸泡腐蚀试验

3.3.2 电化学腐蚀试验

3.3.3 接头腐蚀过程示意

3.4 本章小结

4 镁/钢激光-电弧Ni夹层对接焊接头微观组织及腐蚀性能研究

4.1 镁/钢夹层焊接头微观组织分析

4.2 镁/钢夹层焊接头焊缝元素分析

4.3 镁/钢夹层焊接头腐蚀行为研究

4.3.1 浸泡腐蚀试验

4.3.2 电化学腐蚀试验

4.4 本章小结

5 镁/钢激光-电弧复合焊接工艺对接头耐蚀性能的影响机制

5.1 界面结构对接头耐蚀性能的影响

5.2 焊缝微观组织与结构对接头耐蚀性能的影响

5.2.1 钢飞溅的影响

5.2.2 析出相的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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