基于AZ91D镁合金的铝基异质焊材MIG焊的焊接性研究

AZ91D镁合金论文 直流MIG焊论文 金属间化合物论文
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镁合金的连接是限制其广泛应用的关键技术之一。目前,镁合金的焊丝种类较少,成分跨度也比较大,而且难以制备,不易保存的问题还仍未解决,而且镁合金焊丝直径一般都大于1.6mm,只适用于中厚板的焊接,而适用于薄板焊接的焊丝较少,这会在一定程度上限制镁合金的焊接生产和广泛应用。铝/镁异种金属焊接提出以来,受到了很多学者的关注。铝/镁金属间化合物的生成与难控制是铝镁异种金属焊接中出现的主要问题。本文将以AZ91D镁合金为研究对象,研究采用铝基焊丝进行镁合金直流MIG焊的可焊接性,探究铝/镁异种金属焊接金属间化合物的形成机理和分布规律,并分析接头的力学性能变化,为铝/镁异种金属熔化焊的金属间化合物及缺陷的控制提供理论依据,为采用异质焊丝替代镁合金焊丝的新型高效镁合金焊接技术研究提供理论参考和数据参考。本文的研究过程及结果如下:首先,采用S301、CL1170、ER5356三种铝基焊丝进行6mm厚AZ91D镁合金板对接MIG焊工艺研究,探究焊接工艺对焊缝成形的影响,通过对比焊缝的成形状况,得出各自成形较好的焊接工艺。实验发现,相比于采用S301焊丝,采用CL1170和ER5356焊丝能够实现有效连接的焊接工艺范围更加宽泛,接头的热裂倾向小,焊缝的缺陷也较少。对比相同工艺参数下的采用CL1170和ER5356焊丝的焊缝成形结果,发现采用ER5356可以明显改善焊接飞溅和焊缝下塌的缺陷。其次,选取三种焊丝各自成形较好的焊接接头进行金相实验,XRD衍射分析和显微硬度测试,实验发现,采用铝基焊丝的镁合金熔化焊焊缝中会析出大量熔点低且脆硬的β-Al12Mg17相,其主要分布在ɑ-Mg固溶体晶界及晶间,这是造成接头热裂倾向较大的主要原因。对比这三个接头的组织,发现随着熔合比的增大,焊缝中ɑ-Mg固溶体的相对含量增大,晶粒变大,焊缝平均硬度呈减小的趋势。综合考虑,在保证其他参数不变的情况下,采用CL1170焊丝在190A,22V时的焊接接头性能最优。最后,在CL1170焊丝190A,22V焊接工艺的基础上进行添加锌箔夹层的实验,来探究不同厚度(0.10.4mm)锌箔的添加对焊缝中组织的影响。通过金相实验,硬度测试,XRD衍射分析,SEM和EDS分析发现,锌箔的添加能够明显抑制β-Al12Mg17相生成,并会有MgZn2、Al5Mg11Zn4、Al6Mg11Zn11等新相析出。焊缝中的Zn主要分布于晶间,随着Zn添加量的增多β-Al12Mg17减少,MgZn2增多,焊缝的显微硬度呈现先减小后增大的趋势。综合考虑,添加0.1mm锌箔的焊缝组织及性能改善效果最佳。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
1 绪论第10-19页
    1.1 课题背景及研究目的第10-11页
    1.2 Mg/Al异种金属焊接研究现状第11-16页
        1.2.1 Mg/Al异种金属的焊接性分析第11-13页
        1.2.2 Mg/Al异种金属采用低热输入焊接的研究现状第13-14页
        1.2.3 Mg/Al异种金属采用熔化焊的研究现状第14-15页
        1.2.4 Mg/Al异种金属的其它焊接方法第15-16页
    1.3 镁合金及铝合金焊丝特点及制备方法第16-17页
        1.3.1 镁合金焊丝的制备第16-17页
        1.3.2 铝合金焊丝的制备第17页
    1.4 本文的主要研究内容第17-19页
2 试验材料及方法第19-26页
    2.1 试验材料第19-20页
    2.2 试验方法第20-24页
        2.2.1 试验设备及装置第20-22页
        2.2.2 试验方法第22-24页
    2.3 焊接工艺参数第24-26页
3 采用异质焊丝的焊接工艺探究第26-35页
    3.1 采用S301纯铝焊丝的焊接工艺实验研究第26-28页
    3.2 采用CL1170纯铝焊丝的焊接工艺实验研究第28-31页
    3.3 采用ER5356铝镁焊丝的焊接工艺实验研究第31-33页
    3.4 本章小结第33-35页
4 焊接接头组织及性能分析第35-51页
    4.1 AZ91D镁合金组织分析第35-36页
    4.2 采用S301焊丝MIG焊接头组织及性能研究第36-42页
        4.2.1 焊接接头组织分析第36-41页
        4.2.2 焊接接头的力学性能分析第41-42页
    4.3 采用ER5356焊丝MIG焊接头组织及性能研究第42-46页
        4.3.1 焊接接头组织分析第42-45页
        4.3.2 焊接接头的力学性能分析第45-46页
    4.4 采用CL1170焊丝MIG焊接头组织及性能研究第46-49页
        4.4.1 焊接接头组织分析第46-48页
        4.4.2 焊接接头的力学性能分析第48-49页
    4.5 本章小结第49-51页
5 添加金属锌对焊接接头性能的影响第51-63页
    5.1 实验工艺参数及过程第52-53页
        5.1.1 焊接工艺参数第52页
        5.1.2 实验过程第52-53页
    5.2 焊缝的宏观成形分析第53-54页
    5.3 添加锌箔对接头组织的影响第54-61页
    5.4 焊接接头的力学性能分析第61-62页
    5.5 本章小结第62-63页
6 结论第63-65页
参考文献第65-69页
攻读硕士期间取得的研究成果第69-70页
致谢第70-71页
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