镁铝异种金属CMT焊接试验研究

论文摘要

本文以AZ31B镁合金和6061铝合金为研究对象,利用冷金属过渡(CMT)焊接技术进行了镁铝异种金属的MIG焊接探索性试验。试验分别以ER4043铝焊丝和HS201铜焊丝作为焊缝填充金属,进行了不同接头形式的试验,得到了合理的工艺规范窗口和良好的焊接接头成形,获得了主要焊接工艺参数与焊缝成形质量的关系。结合对镁铝异种金属焊接性的分析,研究了填充铝焊丝与铜焊丝CMT工艺的焊接机理。力学性能测试表明,铝、铜焊丝对接试样接头的最大抗拉强度分别3.24MPa、34.7MPa。断裂均发生于镁侧熔合区,硬度试验表明此处的硬度值很高,断口的宏观、SEM以及EDAX能谱分析结果表明,断裂性质为脆性断裂,断口处存在金属间化合物,这些化合物性能脆硬,连续分布于熔合区中,是影响接头强度的主要因素。利用光学显微、SEM和EDAX能谱分析的手段对接头的组织进行研究分析。结果表明,填充铝焊丝的焊接试验中,在最佳工艺参数下焊接镁铝异种金属时热输入量较低,但镁侧熔合区仍至少有35μm的宽度上形成了大量的金属间化合物,金属间化合物的成分为Mg2Al3和Mg17Al12,随着焊接规范的减小,元素间的扩散逐渐减少,金属间化合物的生成量逐渐减少。填充铜焊丝的焊接接头可以阻挡镁铝的直接接触,从而消除镁铝金属间化合物的产生。镁、铝与铜的物理性质尤其是密度的巨大差异使焊接接头两侧的熔合区形状不规则,有些地方焊缝和母材交错混合呈现漩涡状。铝侧熔合区产生了多种铝铜金属间化合物,焊缝区组织较简单为Cu基固溶体,镁侧熔合区产生了Cu2Mg、CuMg2这两种金属间化合物。由于焊接温度场的不均匀分布,化合物层的厚度分布有一定的差异。焊接接头中镁、铝、铜的含量呈浓度梯度变化,焊缝中各组元的类别、含量、分布也因元素的分布多寡而呈现不同的变化趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.2 铝合金和镁合金的性能及应用
• 1.2.1 铝及铝合金的性质和发展应用
• 1.2.2 镁及镁合金的性质和发展应用
• 1.3 镁铝异种金属焊接特点与难点分析
• 1.4 镁铝异种金属焊接的研究现状
• 1.4.1 扩散焊
• 1.4.2 搅拌摩擦焊
• 1.4.3 钎焊
• 1.4.4 熔焊
• 1.5 本课题的研究目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 CMT焊接系统
• 2.3 试验方法与过程
• 2.3.1 试验流程
• 2.3.2 试验与检测方法
• 3 铝焊丝焊接镁合金和铝合金的工艺和机理研究
• 3.1 CMT焊接基本参数设计与分析
• 3.2 镁铝异种金属CMT焊接工艺试验
• 3.2.1 试验方案设计
• 3.2.2 试验过程及结果分析
• 3.3 焊接接头的力学性能试验
• 3.3.1 接头的拉伸性能和断口分析
• 3.3.2 接头的显微硬度
• 3.4 焊接接头的显微组织分析
• 3.5 焊接接头的缺陷分析
• 3.6 本章小结
• 4 铜焊丝焊接镁合金和铝合金的工艺和机理研究
• 4.1 铜焊丝焊接镁铝异种金属焊接性的分析
• 4.2 试验方案的设计
• 4.2.1 Ⅰ型对接试验方案
• 4.2.2 20°V型坡口对接试验方案
• 4.2.3 搭接试验方案
• 4.3 不同接头形式下焊接成形质量分析
• 4.3.1 Ⅰ型对接试验的焊缝成形与工艺参数对焊接成形的影响分析
• 4.3.2 20°V型坡口对接试验的焊缝成形与工艺参数对焊接质量的影响分析
• 4.3.3 搭接试验的焊缝成形与工艺参数对焊接质量的影响分析
• 4.4 接头的静载强度测试和断口分析
• 4.4.1 静载强度试验
• 4.4.2 20°V型坡口对接试样的断口分析
• 4.4.3 搭接试样的断口分析
• 4.5 接头的显微硬度测试
• 4.5.1 20°V型坡口对接接头的显微硬度试验
• 4.5.2 搭接接头的显微硬度试验
• 4.6 接头显微组织分析
• 4.6.1 铝侧熔合区
• 4.6.2 焊缝区
• 4.6.3 镁侧熔合区
• 4.6.4 焊接接头元素扩散情况分析
• 4.7 接头的缺陷分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献