發(fā)布時間：2017-10-22 22:33

  本文關(guān)鍵詞：熱輸入變化對AZ鎂合金TIG焊接接頭組織和力學(xué)性能的影響

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【摘要】：鎂合金具有比彈性模量大、密度小、比強(qiáng)度高、散熱好、消震性好、承受沖擊載荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在汽車、航空航天和電子信息工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于密排六方的晶體結(jié)構(gòu),鎂合金在室溫下滑移系少,塑性變形能力低。這些性質(zhì)導(dǎo)致采用塑性成形的加工方法制造鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件難度較大。因此,焊接是低成本地制造鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的有效手段。然而,由于鎂合金的低熔點(diǎn)、易燒損、受熱易變性等缺點(diǎn),鎂合金的焊接工藝長久以來都是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文以AZ系列變形鎂合金為研究對象,針對不同厚度的鎂合金板材制定了不同的TIG焊接工藝,并采用顯微組織分析、拉伸實驗和硬度測試等方法,系統(tǒng)地研究了焊接熱輸入的變化對鎂合金TIG接頭宏觀形貌、微觀組織和機(jī)械性能的影響,揭示了微觀組織演變規(guī)律及其與焊接接頭力學(xué)性能之間的關(guān)系;并采用SYSWELD模擬軟件進(jìn)行有限元分析,澄清了雙面TIG焊熱輸入與焊接缺陷的內(nèi)在關(guān)系。在實驗事實的基礎(chǔ)上,結(jié)合理論分析,得到以下主要結(jié)論:裂紋是鎂合金焊接接頭失效的主要原因之一。這通常是由應(yīng)力集中引起的。在本研究當(dāng)中,進(jìn)行了AZ61鎂合金板的雙面TIG焊接實驗,并且使用了有限元法研究了局部熔透對于焊接接頭中應(yīng)力裂紋形成的影響。采用掃描電子顯微鏡對焊縫裂紋表面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察,并采用SYSWELD軟件對焊接過程中工件的熱歷史和焊后的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,在應(yīng)力集中的條件下,沿晶界分布的共晶化合物β-Mg17Al12的熔化導(dǎo)致了裂紋的產(chǎn)生。該研究對于阻止由共晶化合物β-Mg17Al12熔化導(dǎo)致的應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生具有理論指導(dǎo)意義,尤其是對于鎂合金焊接結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造尤為重要。在AZ31鎂合金單面TIG焊接中,采用了活性劑輔助與Si C納米顆粒增強(qiáng)的手段增加焊接熔深。研究了焊接電流變化對AZ31鎂合金納米顆粒增強(qiáng)TIG接頭宏觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),在同樣的焊接參數(shù)下,納米Si C顆粒增強(qiáng)的TIG焊接所得到的AZ31鎂合金焊接接頭的熔深更大,熔池更窄,焊接缺陷更少,且α-Mg晶粒也更為細(xì)小。當(dāng)焊接電流增大時,這樣的效果更加明顯。根據(jù)斯托克斯定律,由于馬蘭戈尼流的作用,AZ31鎂合金的納米顆粒增強(qiáng)TIG接焊接過程中,納米Si C顆粒會在液態(tài)金屬流的驅(qū)動下運(yùn)動。最后,當(dāng)溫度冷卻至室溫,Si C顆粒將會主要分布在液態(tài)金屬流的軌跡上,也就是焊接熔池的中部和底部。Si C納米顆粒的添加增強(qiáng)了AZ31鎂合金納米顆粒增強(qiáng)TIG接焊接接頭的強(qiáng)度,這主要是由于細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化造成的。當(dāng)焊接電流增大時,AZ31鎂合金納米顆粒增強(qiáng)TIG接焊接接頭中的納米Si C顆粒的數(shù)量也隨之增加,因而接頭力學(xué)性能也得到持續(xù)提升。然而,當(dāng)焊接電流超過115 A時,接頭的力學(xué)性能嚴(yán)重下降,這是因為過大的熱輸入造成了接頭的晶粒急劇粗化。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 鎢極氬弧焊 焊接熱輸入 微觀組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG407;TG444.74
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 鎂合金的焊接研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢9-13
• 1.2.1 鎂合金的焊接性9-10
• 1.2.2 鎂合金的鎢極惰性氣體保護(hù)焊10
• 1.2.3 鎂合金的熔化極惰性氣體保護(hù)焊10-11
• 1.2.4 鎂合金的激光焊11-12
• 1.2.5 鎂合金的其它焊接方法12-13
• 1.3 關(guān)于鎂合金焊接熱輸入的研究現(xiàn)狀13
• 1.4 焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀13-20
• 1.4.1 焊接熱源模型的研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀14-16
• 1.4.2 焊接溫度場研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀16-17
• 1.4.3 焊接殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.4 SYSWELD軟件概覽18-20
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 2 實驗方案22-29
• 2.1 實驗材料及焊接設(shè)備22-23
• 2.1.1 鎂合金材料的選擇22-23
• 2.1.2 SiC顆粒的添加23
• 2.2 焊接設(shè)備和參數(shù)23-24
• 2.2.1 交流TIG焊機(jī)23-24
• 2.3 工藝方案和焊接參數(shù)24-25
• 2.3.1 無活性劑輔助的雙面TIG焊接24-25
• 2.3.2 NAS-TIG焊接25
• 2.4 實驗方法25-26
• 2.4.1 焊前準(zhǔn)備25
• 2.4.2 金相試樣的制備及組織觀察25
• 2.4.3 顯微硬度計25
• 2.4.4 萬能材料試驗機(jī)（SANS XYA105C）25-26
• 2.5 鎂合金雙面TIG焊接的數(shù)值模擬26-29
• 2.5.1 母材性能26-27
• 2.5.2 有限元模型27
• 2.5.3 約束條件27
• 2.5.4 熱源模型27-29
• 3 熱輸入對AZ61鎂合金雙面TIG焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能的影響29-34
• 3.1 引言29
• 3.2 雙面TIG焊對AZ61鎂合金板焊接接頭裂紋產(chǎn)生的影響29-30
• 3.3 AZ61鎂合金雙面TIG焊接過程的熱歷史30-31
• 3.4 AZ61鎂合金雙面TIG焊殘余應(yīng)力分布31
• 3.5 裂紋的產(chǎn)生機(jī)制31-32
• 3.6 斷裂表面分析32-33
• 3.7 本章小結(jié)33-34
• 4 焊接電流對于AZ31鎂合金納米顆粒增強(qiáng)TIG接焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能的影響34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 焊接電流對于 AZ31 鎂合金 NSA-TIG 接焊接接頭宏觀形貌的影響34-36
• 4.3 焊接電流對于 AZ31 鎂合金 NSA-TIG 接焊接接頭微觀結(jié)構(gòu)的影響36-39
• 4.4 焊接電流對于 AZ31 鎂合金 NSA-TIG 焊接接頭力學(xué)性能的影響39-41
• 4.5 本章小結(jié)41-43
• 5 全文結(jié)論43-44
• 致謝44-45
• 參考文獻(xiàn)45-53
• 附錄53

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：1080429