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AZ31B镁合金/Q235钢异种金属MIG焊接特性的研究

作　者: 刘东阳
导　师: 孙大千
学　校: 吉林大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁合金 Q235钢 MIG熔钎焊 Cu中间层 微观组织
分类号: TG457.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


镁合金具有密度小、比强度高、比弹性模量大、消震性及承受冲击载荷能力强等优点，在工业生产中具有广阔应用前景。而钢仍是目前应用最广泛的结构材料。材料的发展历史证明，任何先进材料的广泛应用不仅取决于其自身的性能特点，而且也依赖于其自身及与其他异种金属连接技术的进步。实现镁/钢异种金属的可靠连接有利于促进镁合金的广泛应用。但是，由于镁与钢之间较大的物理、化学性质差异，实现镁/钢异种金属的可靠连接在目前仍存在很大困难。迄今为止，已有研究人员开展镁/钢激光焊、激光-TIG焊、搅拌摩擦焊等研究工作，并取得了一定的进展。MIG焊是工业领域广泛应用的焊接技术，但迄今为止，尚未见镁/钢异种金属MIG焊的研究报道。因此，本课题研究具有重要的理论意义和实用价值。本文采用8mm、3mm厚的AZ31B镁合金和Q235低碳钢板、MIG焊接方法及镁合金焊丝，较系统地研究了MIG焊接参数对焊缝成形、熔深及熔宽的影响；镁合金/钢异种金属的焊接性；镁/钢MIG焊接接头的微观组织及力学性能等。研究结果表明，镁合金/低碳钢的焊接性很差，8mm板的镁/钢MIG焊很难实现可靠的连接。采用添加Cu中间层的方法可一定程度改善镁/钢的结合性能。焊接过程中，镁合金母材熔化，低碳钢母材未熔化；接头上部的Cu中间层完全熔化，接头下部的Cu中间层部分熔化，本质上属MIG熔-钎焊范畴。SEM、EDS及XRD分析表明，镁/钢界面存在元素的互扩散，Al元素在界面处富集；焊缝区主要由α-Mg相构成；接头上部镁/钢界面区焊缝一侧的微观组织主要为α-Mg和Mg2Cu相；接头下部镁/钢界面区焊缝一侧的微观组织主要由Mg2Cu相、Cu-Al-Mg共晶体以及Cu-Mg-Al三元金属间化合物组成；接头易产生裂纹、气孔、氧化等焊接缺陷。Cu中间层的主要作用在于促进界面反应、实现冶金结合。研究发现，焊接过程中镁/钢的界面温度对结合性能具有明显的影响，加热高温区易实现连接，而低温区无法实现连接。3mm板镁/钢MIG焊研究结果表明，薄板更有利于实现镁/钢异种金属的连接；焊接参数及焊缝Al含量等对焊缝成形、镁/钢界面微观组织及接头力学性能具有明显的影响。随着焊接线能量或焊接速度的增加，接头抗拉强度均呈现先增大后减小的趋势。焊接线能量为2230～2430J/cm、焊接速度为0.65～0.70m/min时，焊缝成形良好，接头最大抗拉强度为121MPa。SEM、EDS及XRD分析表明，在电弧直接作用的高温区镁/钢界面形成了连续、致密的反应层，而偏离高温区的界面处反应层是不连续的；随着焊缝Al含量的增加，镁/钢界面反应层厚度增加，界面结合性能得到改善，接头抗拉强度随之提高，采用含Al量为6.6wt.%的镁合金焊丝，镁/钢异种金属焊接接头的平均抗拉强度为125MPa。此外，本文还研究探讨了Al元素的作用机理。

全文目录


摘要  4-7
Abstract  7-16
第一章 绪论  16-40
  1.1 课题的背景及意义  16-18
  1.2 镁/钢异种金属焊接（连接）研究进展  18-36
    1.2.1 镁/钢异种金属焊接性  19-22
    1.2.2 激光 TIG 复合焊  22-27
    1.2.3 搅拌摩擦焊  27-28
    1.2.4 搅拌摩擦点焊  28-29
    1.2.5 扩散焊  29-30
    1.2.6 电阻点焊  30-32
    1.2.7 激光熔钎焊  32-34
    1.2.8 激光搭接焊  34-36
  1.3 本课题主要研究内容  36-40
第二章 试验材料、方法及设备  40-46
  2.1 试验材料  40-41
  2.2 试验设备及装置  41
  2.3 试验研究方法  41-43
    2.3.1 试验准备及焊接过程  41-42
    2.3.2 焊接热循环的测量  42-43
  2.4 微观组织分析及力学性能测试  43-46
    2.4.1 微观组织及元素分析  43
    2.4.2 拉伸性能测试  43-46
第三章 MIG 焊接参数对焊缝成形、熔深及熔宽的影响  46-58
  3.1 焊接参数的选择及依据  46-48
  3.2 焊接参数对焊缝成形的影响  48-52
    3.2.1 焊接电流的影响  48-50
    3.2.2 焊接速度的影响  50-52
  3.3 焊接参数对熔深及熔宽的影响  52-58
    3.3.1 焊接电流的影响  52-55
    3.3.2 焊接速度的影响  55-58
第四章 镁合金/钢异种金属的焊接性  58-76
  4.1 镁合金/钢 MIG 焊的结合性能  58-60
  4.2 MIG 焊接工艺参数对镁合金/钢结合性能的影响  60-64
    4.2.1 焊接中间层的选择  60-61
    4.2.2 焊接工艺的选择  61-62
    4.2.3 焊接参数的影响  62-64
  4.3 焊接接头微观组织  64-69
  4.4 Cu 元素在改善镁/钢结合性能中的行为  69-72
  4.5 焊接接头的主要缺陷  72-76
    4.5.1 裂纹  72-74
    4.5.2 气孔  74-75
    4.5.3 氧化  75-76
第五章 镁合金/钢 MIG 焊接头的微观组织及力学性能  76-88
  5.1 焊接参数对焊接接头组织及力学性能的影响  76-80
    5.1.1 焊接线能量的影响  76-78
    5.1.2 焊接速度的影响  78-80
  5.2 镁/钢 MIG 焊连接机理  80-85
  5.3 Al 元素对镁/钢 MIG 焊接头组织及力学性能的影响  85-88
    5.3.1 试验方案的设计  85
    5.3.2 Al 元素对镁/钢 MIG 接头显微组织的影响  85-86
    5.3.3 Al 元素对镁/钢接头力学性能与断裂位置的影响  86-88
第六章 结论  88-91
参考文献  91-102
致谢  102-103

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 各种金属材料和构件的焊接 > 金属材料的焊接
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