活性剂对AZ31镁合金钨极氩弧焊和激光焊接接头微观组织和力学性能的影响-材料加工工程专业论文.docx

Effects of Activating Flux on the Microstructures and Mechanical Properties of Tungsten Inert Gas and Laser Beam Welded AZ31 Magnesium Alloy Joints A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Wang Linzhi Supervised by Associate Professor Shen Jun Major: Material processing engineering College of Material Science and Engineering of Chongqing University, Chongqing, China November, 2011 中文摘要 中文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE IV 摘 要 本文以 AZ31 变形镁合金为研究对象，通过调整不同焊接工艺下的焊接参数 和活性剂的涂覆量，并采用宏观形貌观察、显微组织分析、拉伸实验和硬度测试 等方法，系统地研究了 TiO2 和 CaF2 活性剂的涂覆量对 AZ31 镁合金钨极氩弧焊接 （TIG）接头宏观形貌、微观组织和机械性能的影响，揭示了微观组织演变规律及 其与焊接接头力学性能之间的关系，并澄清了活性剂的涂覆量与焊接缺陷的内在 关系。最后，针对镁合金激光焊接能量利用率低的特点，开发了一种新型的活性 剂激光焊接技术，分析了三种不同类型活性剂对 AZ31 镁合金低功率激光焊接的影 响规律，并讨论了活性剂增加焊缝熔深和提高焊接接头力学性能的机理。在实验 事实的基础上，结合理论分析，得到以下主要结论： 通过研究 TiO2 活性剂涂覆量的变化对 AZ31 镁合金 TIG 焊接接头宏观形貌、 微观组织和力学性能的影响。结果表明：TiO2 活性剂涂覆量的增加不仅改善了焊 缝的表面成形，而且增加了 AZ31 镁合金 TIG 焊接接头的熔深和深宽比。但是， 涂覆过量的 TiO2 活性剂却导致焊缝表面成形质量和深宽比降低。随着 TiO2 活性剂 涂覆量的增加，熔合区中 α-Mg 晶粒和 β-Mg17Al12 金属间化合物粗化，而 β-Mg17Al12 相的体积分数减少。当 TiO2 活性剂涂覆量较低时，由于 β-Mg17Al12 相的弥散强化 作用占主导，焊缝熔合区的显微硬度值缓慢降低；然而，当 TiO2 活性剂的涂覆量 较高时，α-Mg 晶粒严重粗化，从而使焊缝熔合区的显微硬度值急剧降低；焊接接 头的极限抗拉强度先缓慢增加后急剧减小。 通过改变 CaF2 活性剂的涂覆量，探讨了 AZ31 镁合金 TIG 焊接接头的宏观形 貌、微观组织、焊接缺陷及其力学性能的特点。结果表明：CaF2 活性剂涂覆量的 增加虽然恶化了焊缝表面成形，却使得焊缝熔深和深宽比增加。随着 CaF2 活性剂 涂覆量的增加，熔合区中 α-Mg 晶粒和 β-Mg17(Al,Zn)12 金属间化合物粗化，而 β-Mg17(Al,Zn)12 相的体积分数减少。由于 CaF2 涂层减缓了熔池的凝固速度以及氟 离子和氢离子发生反应，焊接接头的气孔率和平均气孔直径减小。随着 CaF2 活性 剂涂覆量的增加，焊缝熔合区中凝固裂纹总长度先逐渐减小后略微增加。焊接接 头的极限拉伸强度和延伸率随着 CaF2 活性剂涂覆量的增加而增大，然而，涂覆过 量的 CaF2 活性剂导致晶粒的严重粗化以及氧化物夹杂和裂纹的形成，从而使焊接 接头的极限拉伸强度和延伸率急剧减小。 针对镁合金激光焊接能量利用率较低的特点，开发了一种新型的活性激光焊接技 术用来改善其焊接性。在本研究中，通过微观组织观察、硬度测试和拉伸测试研 究了三种不同类型活性剂（SiO2、TiO2、ZnCl2、CaCl2 和 CaF2）对 AZ31 镁合金激 光焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明：三种类型活性剂都能明显改 善焊缝表面成形并且提高焊缝的熔深和深宽比，其中氧化物的作用最明显，实验 中 SiO2 活性剂能够增加焊缝熔深 200%。此外，涂覆活性剂后，焊缝晶粒未发生明 显的粗化现象，靠近熔合线附近带状区域的微观组织从等轴晶逐步转变为柱状晶。 涂覆活性剂后，焊接接头的力学性能（包括极限抗拉强度和硬度）降低。 关键词：镁合金，活性剂，焊接，微观组织，力学性能 英文摘要 英文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 III III