【摘要】：鎂合金為輕質(zhì)材料,其比強(qiáng)度、比剛度、減震性好,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用在非承重部件,鋼是主要的承重材料,因此研究鎂/鋼異種金屬連接具有重要意義。鎂和鋼的物理性能及化學(xué)性能差異較大,如熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)、原子半徑等。因此傳統(tǒng)的熔焊方法很難實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂與鋼的有效連接,易出現(xiàn)裂紋、氣孔、塌陷等缺陷。目前鎂/鋼異種金屬之間的連接方法主要有釬焊、TIG熔釬焊、MIG及冷金屬過渡等,但這些焊接方法均有不足。而激光光斑尺寸小、能量集中、激光焊接能量易于精準(zhǔn)控制和分配、功率密度高,這一焊接方法在異種金屬連接領(lǐng)域有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文采用激光填絲的熔釬焊方法,對(duì)市售2mm的AZ31B鎂合金與Q235鋼板進(jìn)行焊接,焊絲選用與鎂合金母材材質(zhì)一致的1.2mm的AZ31鎂合金焊絲。AZ31B鎂合金母材與不同鍍層的鋼板進(jìn)行激光熔釬焊試驗(yàn),變化激光功率、偏移量、焊接速度等不同工藝參數(shù),觀察熔釬焊接頭的宏觀形貌,使用拉伸儀與顯微硬度儀進(jìn)行力學(xué)性能分析,并采用金相顯微鏡、SEM、EDS、XRD對(duì)熔釬焊接頭的接頭成型及微觀組織進(jìn)行討論和分析。本文首先討論不同激光功率、偏移量和焊接速度對(duì)鎂合金與鍍鋅鋼板熔釬焊接頭的影響規(guī)律,獲得表面成型美觀、無(wú)明顯缺陷的焊縫,從而確定激光熔釬焊最佳工藝參數(shù)。熔釬焊接頭焊趾富鋅區(qū)主要由MgZn與MgZn_2脆性相組成,易形成裂紋;均勻反應(yīng)區(qū)主要由(α-Mg+MgZn)共晶組織組成;在拉伸過程及激光直接作用區(qū)和拉伸斷口處發(fā)現(xiàn)了FeAl強(qiáng)化相,但由于數(shù)量較少,對(duì)接頭的強(qiáng)化作用較小;熔釬焊接頭處存在氣孔、未焊合、裂紋等缺陷,其中裂紋和未焊合對(duì)熔釬焊接頭力學(xué)性能影響較為顯著。采用不同激光功率來(lái)焊接鎂合金與鍍銅、鍍鎳鋼,熔釬焊接頭微觀組織發(fā)生改變,力學(xué)性能得到大幅度提高。當(dāng)焊接鍍銅鋼時(shí),Cu元素能夠改善熔融合金在固態(tài)鋼表面的潤(rùn)濕鋪展,熔釬焊接頭成型較好。Cu元素能夠降低液固轉(zhuǎn)變溫度,使界面反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),能夠有效減少未焊合缺陷,從而提高熔釬焊接頭強(qiáng)度。鎂合金與鍍銅鋼在激光功率1600W時(shí),熔釬焊接頭最佳。焊縫處主要由α-Mg與Mg_2Cu組成,界面層出現(xiàn)(Fe,Cu)Al相,提高接頭強(qiáng)度。鎂合金與鍍鎳鋼焊接時(shí),Ni元素能夠有效改善潤(rùn)濕鋪展性能,熔釬焊接頭成型較好。熔釬焊接頭焊趾處主要為α-Mg、Mg_2Ni相,由焊縫及拉伸斷口檢測(cè)可知,焊縫與界面層處主要由α-Mg、Mg_2Ni與NiAl相組成。NiAl相性能優(yōu)異,能夠改善熔釬焊接頭的力學(xué)性能,在激光功率1800W時(shí),熔釬焊接頭力學(xué)性能最佳。通過熱力學(xué)計(jì)算可知,Fe、Al兩種元素生成的金屬間化合物除了Fe_3Al之外,其他金屬間化合物都可以自發(fā)生成,且理論上Al含量越高,金屬間化合物越易生成。由于界面層中Fe與Al的比例易達(dá)到1:1,所以熔釬焊接頭中只存在FeAl相。由動(dòng)力學(xué)可知,界面層的生長(zhǎng)過程主要由潤(rùn)濕鋪展、溶解-擴(kuò)散階段、生成-長(zhǎng)大階段和擴(kuò)散階段四個(gè)階段組成。由于Zn元素原子半徑較小,可以以間隙固溶的方式與Fe-Al相發(fā)生反應(yīng),生成Fe-Zn-Al相。Cu元素通過置換的方式固溶與FeAl相中,部分Cu原子置換Fe原子,形成少量Al-Cu相,最終形成(Fe,Cu)Al化合物。由于Ni原子與Fe原子無(wú)限固溶,在近鋼側(cè)界面層中,Fe原子與Ni原子反應(yīng)生成Fe-Ni固溶體相,在近焊縫側(cè)界面層中Al原子與Ni原子生成NiAl相。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG454

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