【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,國家也越來越重視節(jié)約資源和保護環(huán)境,“輕質(zhì)化”這一概念應(yīng)運而生。鎂合金具有密度小,比強度高,剛度高,易回收等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于汽車,鐵路和航空航天等領(lǐng)域,隨著環(huán)境保護需求的不斷增加,特別是二氧化碳減排的需求,鎂合金等環(huán)保輕質(zhì)材料的應(yīng)用也在積極進展,而作為世界上最輕的合金—鎂鋰合金更是有著廣闊的應(yīng)用和前景。然而要真正實現(xiàn)工業(yè)上的應(yīng)用,其連接技術(shù)更是重中之重。然而鎂、鋰熔沸點極低,金屬活潑性高,在焊接過程中容易發(fā)生蒸發(fā)流失和氧化。激光焊具有熱輸入量小,冷卻速度快,自動化程度高等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用,因此用激光做光源可以作為解決上述問題的一種有效的方法。本文首先進行了Mg-9Li-Zn鎂鋰合金的平板激光拼接焊全因素實驗,建立了焊接工藝窗口。詳細(xì)研究了焊接功率、焊接速度、保護氣流量、離焦量和線能量對激光焊接鎂鋰合金平板拼接焊焊縫成型的影響。發(fā)現(xiàn)只有在焊接功率在1000~1600 W,焊接速度在2~4 m/min,保護氣流量在0.6~0.9 m~3/h,線能量在24~48 kJ/m之間時,才能得到成型良好的焊接接頭。通過對匙孔的等離子體的高速攝像發(fā)現(xiàn),在線能量在[14 KJ/m,24 KJ/m],功率[700,900]之間時,熔池剛好到達試板底部,熔寬較小,焊縫底部會產(chǎn)生下塌,這是由于表面張力難以支撐焊縫金屬的重力。當(dāng)匙孔一旦穿過試板,則得以形成成型良好的焊縫,熔寬明顯增大,液態(tài)金屬的受力達到穩(wěn)定的平衡。接下來本文詳細(xì)研究了焊縫的顯微金相組織。激光焊接鎂鋰合金的焊接接頭存在熱影響區(qū)、柱狀晶區(qū)、等軸晶區(qū)。母材成軋制態(tài),α相成長條狀分布在β基體相中。焊縫中心呈現(xiàn)等軸晶,這是激光焊接快速冷卻的結(jié)果,焊縫中心成分過冷極大,α相和β相經(jīng)過共晶轉(zhuǎn)變后形成過飽和固溶體,一部分α相首先在晶界處析出。而后過飽和固溶體繼續(xù)冷卻沉淀析出成細(xì)針狀組織均勻分布在晶粒內(nèi)部。熱影響區(qū)處的α相尺寸也較大,但小于母材尺寸。這是因為這一區(qū)域存在液化區(qū),一部分α相液化后形成枝晶,打碎分布在基體中。對母材和焊縫的XRD圖譜進行分析,發(fā)現(xiàn)激光焊接后原存在于母材的軟化相θ(MgLiZn)相消失了,這顯然會增加焊縫的硬度和強度。進一步,測定了焊縫的顯微硬度,發(fā)現(xiàn)從焊縫中心到熱影響區(qū),再到母材,顯微硬度依次呈遞減的趨勢。焊縫中心最高可達73.75 HV,比母材53.75 HV增加了37.2%。經(jīng)激光焊接后,焊縫成型良好的接頭經(jīng)拉伸后,均斷在了母材區(qū),說明焊縫的強度要大于母材。經(jīng)過在焊縫開坡口,拉伸后斷裂處在熱影響區(qū)。接頭的最終UTS可達到188.47 Mpa,母材的UTS為155.58 Mpa。對焊縫以及母材的耐腐蝕性能進行探究實驗,發(fā)現(xiàn)母材的自腐蝕電位為-1.62 V,而焊縫的自腐蝕電位在-1.25 V。經(jīng)激光焊接后,焊縫組織更加均勻細(xì)化,可顯著提高組織的耐腐蝕性能。最后進行了磁場輔助激光焊接LZ91鎂鋰合金的焊接實驗。發(fā)現(xiàn)對2 mm厚鎂鋰合金來說,磁場強度≥200 mT時,磁場可明顯改善焊縫的成型。針對之前單激光800 W,2 m/min焊接是出現(xiàn)的下塌,發(fā)現(xiàn)隨著磁場強度的增加,下塌量相對減少,且200 mT之后,幾乎不出現(xiàn)下塌。對顯微組織進行觀察,發(fā)現(xiàn)添加磁場后,焊縫區(qū)域更加均勻,母材中出現(xiàn)的魚骨狀組織不再出現(xiàn),晶界處的晶粒取向變得雜亂無章。焊縫顯微硬度標(biāo)準(zhǔn)差降低,說明組織更加均勻,這是磁場攪拌力的作用的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG456.6
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文LA141 合金的電阻率為61.53 10 m ，碳纖維復(fù)合材料約為21.2 10 m ，是 LA141合金電阻率的 10000倍。（6）優(yōu)異的減震性能：材料的內(nèi)耗系數(shù)是衡量減震性能的主要指數(shù)，內(nèi)耗系數(shù)越大，表明其在發(fā)生震動時能將更多的能量消耗于金屬內(nèi)部，表明材料的的減震性能越好。普通鎂合金的內(nèi)耗系數(shù)約為 0.004，而鎂鋰合金的內(nèi)耗系數(shù)可達到 0.0所以用鎂鋰合金制作設(shè)備的話，能夠大大的減少震動，從而使設(shè)備工作更加穩(wěn)定。

建可以實現(xiàn)實驗的可重復(fù)性，保證實驗的準(zhǔn)確器、機器人、高速攝像及相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)上搭本章將詳細(xì)介紹該焊接系統(tǒng)平臺的實驗設(shè)備及材料、研究與分析方法。主要設(shè)備 Mg-9Li-Zn 合金的激光焊接，所用的主要設(shè)備系統(tǒng)及相應(yīng)的高速攝像、工裝夾具，激光清洗4000 型光纖激光器，其主要性能參數(shù)如下：最續(xù)可調(diào)，激光波長 1.07 μm，激光通過光纖傳為 0.3 mm，透鏡焦距為 250 mm。如圖 2-1所

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文激光焊接頭采用的是 Precitec 的 YW50 激光焊接頭。機器人系統(tǒng)作為激光焊接過程中的運動執(zhí)行機構(gòu)，其運動精度以及操作性對于激光焊接過程具有十分重要的作用。本課題中的機器人采用的是 ABB IRB4400 機器人，圖 2-2即為相應(yīng)的實驗設(shè)備。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 秦徑為;彭謙之;周海濤;鐘芳華;丁洪波;劉瑞蕊;;Mg-8Li-3Al-Y鎂鋰合金板材熱軋及退火組織與性能[J];稀有金屬;2015年07期

2 呂俊霞;楊武雄;吳世凱;肖榮詩;;Mg-9.8Li-2.9Al-Zn合金激光焊接接頭組織與力學(xué)性能研究[J];中國激光;2014年03期

3 丁文兵;童彥剛;鄧德安;朱飛;冉洋;;AZ91D變形鎂合金激光焊接頭的微觀組織與機械性能[J];中國激光;2014年02期

4 俞照輝;嚴(yán)紅革;管正剛;尹緒雨;李穎;;激光焊接工藝參數(shù)對高強鎂合金焊縫成形及裂紋傾向的影響[J];中國有色金屬學(xué)報;2013年06期

5 隗成澄;黃堅;戴軍;董杰;;異種鎂合金AZ31與NZ30K激光焊接接頭分析[J];中國激光;2011年12期

6 檀財旺;李俐群;陳彥賓;郭偉;王威;;AZ31B鎂合金的光纖激光與CO_2激光焊接特性[J];中國激光;2011年06期

7 謝麗初;陳振華;俞照輝;;ZK60鎂合金的CO_2激光焊接工藝研究[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年05期

8 曹富榮;丁樺;李英龍;周舸;;超輕雙相鎂鋰合金的超塑性、顯微組織演變與變形機理[J];中國有色金屬學(xué)報;2009年11期

9 游德勇;高向東;;激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J];焊接技術(shù);2008年04期

10 王紅英;李志軍;;AZ61鎂合金激光焊接接頭的組織與性能[J];中國有色金屬學(xué)報;2006年08期

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1 劉旭賀;王軍武;;超輕鎂鋰合金性能優(yōu)越[N];中國有色金屬報;2014年

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1 張華;鎂鋰合金表面腐蝕防護研究[D];東北大學(xué);2008年

本文編號：2779108