AZ31B镁合金与304钢异种金属焊接技术研究

摘要

镁及镁合金材料是目前可应用的最轻的结构材料，被广泛应用于航空、航天、汽车、计算机、通讯和家电等行业。钢是目前应用最广泛的材料之一。这就必然要面临到这两种不同合金的连接问题，焊接是工程材料连接的一种主要方法，因此将镁合金材料与钢进行焊接在工程应用方面有着重大的意义，可以充分发挥镁合金和钢的性能优势，收到“物尽其用”的效果，但目前关于镁合金材料与钢的连接的相关研究方面的报道较少，至今还没有关于两种金属熔焊的报道。 本课题采用钨极氩弧焊(TIG)对AZ31B镁合金和304钢异种材料进行焊接，由于镁的熔点低，大约为650℃，沸点为1100℃，而钢的熔点为1539℃。物理性质的巨大差异使得两种金属很难进行焊接进而得到满意的焊接接头。在试验中，我们采取了搭接焊的方式，镁合金在焊接过程中熔化而钢板不熔化，液态的镁润湿固态的钢基体形成了异种金属镁合金和钢的焊接接头。镁基体在焊接的过程中产生烧损、氧化等现象，流失严重不能得到满意的焊缝成型。镁和钢极难互溶，镁钢基体的界面处镁原子和铁原子没有相互扩散形成紧密的结合，同时金属氧化物的大量产生使得焊接接头的性能较低，大约为60MPa。 采用激光一氩弧复合热源焊接异种金属AZ31B镁合金和304钢，得到较好的焊缝成型，其焊缝成型为典型的“钉子”形貌，接头性能为90MPa以上。熔深的大小是影响焊接接头性能的重要因素之一，焊接速度、激光离焦量、激光斑点与电弧中心距离等焊接参数的变化会引起焊缝熔深的较大变化。通过电子探针(EPMA)和扫描电镜(SEM)对界面分析发现，采用不同的焊接参数得到镁合金和钢异种金属界面有所不同：在焊接过程中，当选择的参数无法使接头处熔化的镁合金产生蒸发现象，激光能量密度较小时，在界面处镁和钢之间没有明显的相互扩散区域，两种合金在其界面各自凝固；当选择的参数使接头处熔化的镁合金产生蒸发现象，激光能量密度较大时，在界面处镁和钢之间存在明显的扩散区域，镁原子向钢基体中扩散，在扩散区域是镁的氧化物和铁的氧化物组成的混合相。拉伸试验时，断裂总是发生在镁合金和钢的界面上，X射线衍射结果表明拉伸断裂面上存在着大量的金属氧化物。镁钢界面上的氧化物是影响接头性能的关键因素。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2镁合金的焊接

1.2.1镁及镁合金的分类及应用

1.2.2镁及镁合金的焊接性特点

1.2.3镁及镁合金焊接工艺

1.3不锈钢的焊接

1.3.1不锈钢的分类

1.3.2不锈钢的焊接性

1.3.3不锈钢的焊接方法

1.4异种金属的焊接

1.4.1异种金属的焊接特点

1.4.2异种金属的焊接性

1.4.3异种材料的焊接方法

1.4.4获得优质异种焊接接头可采取的措施

1.4.5镁钢异种金属的焊接

1.5本论文的主要研究内容及意义

2AZ31B镁合金和304钢异种金属的TIG焊接

2.1焊接试验

2.1.1试验设备

2.1.2试验材料

2.1.3镁合金和钢的焊前处理

2.1.4接头形式的选择

2.2.AZ31B镁合金和304钢异种金属TIG搭接试验

2.2.1TIG电流的选择

2.2.2试验参数

2.2.3焊缝及微观组织分析

2.2.4接头力学性能测试

2.3.AZ31B镁合金和304钢异种金属熔化焊-钎焊搭接试验

2.3.1电流极性的选择

2.3.2试验参数

2.3.3焊缝微观组织分析

2.3.4焊缝内元素的分布

2.3.5接头力学性能测试

2.4本章小结

3AZ31B镁合金和304钢异种金属的激光—氩弧复合热源焊接

3.1.试验设备

3.1.1激光-氩弧复合热源焊接系统

3.2.试验材料和试验方法

3.2.1试验材料

3.2.2焊前处理

3.2.3试验方法及参数

3.3.焊接参数对焊缝成型及熔深的影响

3.3.1焊接速度对焊缝表面成型的影响

3.3.2镁和钢异种金属接头熔深形貌

3.3.3焊接速度对熔深的影响

3.3.4激光离焦量对熔深的影响

3.3.5激光斑点与电弧中心距离DLA对熔深的影响

3.3.6TIG焊接电流对熔深的影响

3.4.微观组织分析

3.4.1焊接接头微观组织

3.4.2焊缝内元素的分布

3.5.接头力学性能测试

3.6.拉伸断裂面相组成分析

3.7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