镁/钢TIG熔钎焊夹层及焊后热处理对接头组织与性能的影响

摘要

为发挥镁合金与钢各自的优良性能,扩大镁合金应用范围,将镁合金与钢进行连接具有十分重要的意义.钨极氩弧焊(TIG焊)方法因其设备简单、操作方便、生产效率高、焊接质量好等优点,广泛应用于有色金属和不锈钢等金属材料的焊接.针对镁合金/钢TIG熔钎焊接头存在的冶金相容性差、界面润湿铺展性差及接头性能低的突出问题,本文以Zn和H62黄铜合金为夹层,在交流电流70A,施焊速度25~30cm/min,氩气流量12L/min,焊枪与施焊方向夹角120°~130°条件下,对A231B镁合金与Q235钢进行搭接TIG熔钎焊试验.在对比分析焊接接头焊缝金属铺展性能的基础上,着重研究夹层材料、夹层厚度以及焊后退火温度对焊接接头微观组织及与力学性能的影响规律.获得主要结论如下: (1)具有Zn和H62黄铜夹层的镁合金/钢TIG熔钎焊接头焊缝成形良好;镁/钢界面处生成了较薄的AlFe化合物层,且界面层组织致密;镁合金/钢界面润湿铺展性随夹层厚度的增加而提高.与Zn夹层的接头相比,H62夹层接头的界面结合长度略小. (2)以Zn为夹层的焊缝区主要为(α-Mg+MgZn)共晶和少量Mg17Al12金属间化合物,焊缝区共晶组织含量随Zn夹层厚度增加而增加.在以H62黄铜为夹层的镁合金/钢接头中,镁合金热影响区内由于Cu元素沿α-Mg基体晶界扩散而形成Mg-Cu化合物区域,即晶界渗透区;界面结合区近钢一侧由于局部溶蚀而形成不规则的嵌入式组织结构,有利于提高界面结合力;焊缝区由α-Mg和放射状共晶体组成.与Zn夹层的接头相比,H62夹层的接头焊缝区内共晶体的含量较少,热影响区的α-Mg晶粒细小;随H62夹层厚度增加,镁合金母材的晶界渗透区宽度增大. (3)具有Zn和H62黄铜夹层的镁合金/钢TIG熔钎焊接头焊缝区的显微硬度均高于母材,且随夹层厚度增加,硬度升高愈烈.以Zn为夹层的热影响区显微硬度较镁合金母材降低5%~10%,以H62为夹层的热影响区硬度则提高10%~20%. (4)随着夹层厚度的增加,接头抗拉强度先增加后降低;以厚度为100μm Zn夹层的接头抗拉线强度达到最高,为348N/mm,比无夹层接头的强度提高122%.以H62为夹层的接头,由于晶界渗透区的化合物抑制了α-Mg晶粒长大,具有一定晶界强化效果,接头抗拉线强度最高达到409N/mm,比无夹层的接头强度提高161%. (5)与未热处理的H62黄铜夹层接头相比,焊后退火处理的接头焊缝区共晶量减少.随退火温度的升高,接头焊缝区和热影响区的α-Mg晶粒尺寸均呈先减小后增大的变化规律. (6)退火处理后的接头焊缝区和热影响区显微硬度较热处理前略有降低.接头抗拉线强度随退火温度的增加先升高后降低;退火350℃×4h时的接头抗拉线强度最大,达428N/mm,比热处理前提高了4%.

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