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异种镁合金AZ31与NZ30K激光焊接的研究

作　者: 隗成澄
导　师: 黄坚
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光焊接异种接头微观组织 AZ31镁合金 NZ30K稀土镁合金
分类号: TG456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为研究NZ30K稀土镁合金和AZ31镁合金的异种材料激光焊接,采用了15kW CO₂激光对AZ31与NZ30K镁合金进行异种对接。研究了保护气体对焊缝成形的影响,侧吹气体喷嘴沿焊接方向上位于激光束之后时,焊缝表面氧化程度低于喷嘴位于激光束之前时得到的焊缝。侧吹气体流量25L/min时焊缝成形良好,过大时焊缝成形不均匀,过小时无法起到隔离空气和吹除等离子体的作用。背面保护气体的流量选择需要在能够托举熔融金属以及隔离空气的情况下尽量小,过大的背面保护气体使背面熔融金属紊乱,成形不均。在焊接速度为3.5m/min和4m/min时,分别在8kW和8.5kW的功率时获得焊透的焊缝,功率大于11kW时烧损严重。焊缝表面及背面熔宽均随激光功率增大而增大,随焊接速度增大而降低,背面熔宽对热输入的变化更加敏感。对焊成的异种接头进行了焊缝与热影响区组织形貌及析出相的分析,焊缝区合金元素分布及接头硬度和拉伸性能的分析。金相观察发现,异种镁合金激光焊缝是两种母材的熔合,在宏观上两种母材成分未完全混合在一起,且相应成分的组织区域呈波浪状夹杂态,晶粒形态各异,存在细小等轴晶、枝晶、层片组织。XRD检测显示焊缝中存在α-Mg、Mg17Al12及Mg12Nd等相组织,能谱分析显示分层区域层片组织成分接近AZ31母材,细晶区域成分接近NZ30K母材。接头元素分布情况表明焊缝合金元素的分布由一侧熔合线至另一侧熔合线存在明显的浓度梯度。焊缝硬度不低于母材硬度,10mm板接头在NZ30K热影响区的硬度高于4.5mm板的相应区域。拉伸试样强度最高达209MPa,断裂在NZ30K母材一侧。焊缝与热影响区的抗拉强度均低于两种母材抗拉强度。焊缝中的气孔主要为氢气孔,孔壁光滑。当热输入过大时焊缝沿自身方向裂开;焊缝中生成的低熔点共晶体成为起裂源,扩展成为裂纹;NZ30K热影响区的晶粒因为热输入较大而明显长大,晶界出现裂纹并富集析出物,降低了接头的抗拉强度。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-32
  1.1 研究背景  9-22
    1.1.1 镁合金及其应用  9-18
    1.1.2 激光焊接技术  18-22
  1.2 国内外研究现状  22-30
    1.2.1 镁合金的焊接性  22-29
    1.2.2 镁合金异种接头焊接  29-30
  1.3 本课题的研究内容及意义  30-32
第二章实验材料、设备及方法  32-40
  2.1 CO_2 激光焊接系统  32-36
  2.2 试验材料及处理  36-38
    2.2.1 AZ31 镁合金及NZ30K 镁合金板材  36-37
    2.2.2 母材的加工处理  37-38
  2.3 试样制备与分析测试  38-40
    2.3.1 微观组织观察与成分分析  38
    2.3.2 显微硬度测试  38-39
    2.3.3 拉伸性能测试  39-40
第三章异种镁合金AZ31 与NZ30K 激光焊接工艺研究  40-55
  3.1 镁合金激光深熔焊接功率与熔深的关系  40-43
    3.1.1 NZ30K 板材激光深熔焊接功率与熔深关系实验  40-42
    3.1.2 AZ31 板材激光深熔焊接功率与熔深关系实验  42-43
  3.2 保护气体对焊缝成形的影响  43-49
    3.2.1 侧吹气体方向对焊缝成形的影响  43-46
    3.2.2 侧吹气体流量对焊缝成形的影响  46-48
    3.2.3 背面保护气体流量对焊缝成形的影响  48-49
  3.3 激光功率对焊缝成形的影响  49-52
  3.4 焊接速度对焊缝成形的影响  52
  3.5 4.5mm 镁合金板材异种激光焊接工艺研究  52-54
  3.6 本章小结  54-55
第四章异种镁合金AZ31 与NZ30K 激光焊接接头组织与性能分析  55-69
  4.1 焊缝微观组织分析  55-61
  4.2 热影响区微观组织分析  61-62
  4.3 接头合金元素分布分析  62-63
  4.4 焊接接头硬度分布  63-64
  4.5 焊接接头拉伸性能分析  64-68
  4.6 本章小结  68-69
第五章异种镁合金AZ31 与NZ30K 激光焊接缺陷分析  69-75
  5.1 气孔缺陷的分析  69-71
  5.2 裂纹缺陷的分析  71-75
结论  75-76
参考文献  76-81
攻读硕士期间发表或已录用的学术论文  81-82
致谢  82-84

异种镁合金AZ31与NZ30K激光焊接的研究

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