AZ31鎂合金NSA-TIG焊接溶池運動規(guī)律及接頭性能強(qiáng)化機(jī)理研究.pdf

1、鎂合金由于其優(yōu)異性能（密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、減震性好、電磁屏蔽性能優(yōu)良、切削加工性好等），在交通運輸、消費電子、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域都具有廣闊應(yīng)用前景。然而由于滑移系{0001}<1120>、孿生系{1012}<1011>和密排六方結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鎂合金在室溫下成型能力有限。因此，對于利用鑄造和鍛壓工藝難以制備的鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，以及實現(xiàn)鎂合金材料之間的連接，焊接是重要的技術(shù)手段，對其進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和科學(xué)機(jī)理研究十分重要。鎢極氬弧焊（Tu

2、ngsten Inert Gas Arc Welding, TIG）由于其經(jīng)濟(jì)性和適用性被主要應(yīng)用于鎂合金的焊接技術(shù)中。本文通過數(shù)值模擬、宏觀形貌觀察、顯微組織分析和力學(xué)性能測試，系統(tǒng)研究了納米SiC顆粒進(jìn)入AZ31鎂合金納米增強(qiáng)活性鎢極氬弧焊接（Nano-particles Strengthening Activing Flux TIG Welding, NSA-TIG）接頭后的運動演變規(guī)律及其對接頭宏觀形貌、微觀組織和力學(xué)性能的影響

3、。通過模擬仿真與實驗相結(jié)合，揭示了納米顆粒在熔池中的分布規(guī)律及其主要影響因素。通過實驗探究分析了納米SiC顆粒溶入焊接接頭后與基體發(fā)生的化學(xué)變化和產(chǎn)物，以及這些產(chǎn)物對AZ31鎂合金NSA-TIG焊接接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響。
　　本研究利用Fluent軟件，建立三維瞬態(tài)移動熱源作用下NSA-TIG焊焊接熔池的數(shù)學(xué)模型。從模擬結(jié)果可知：溶池內(nèi)Marangoni對流主要受到表面張力的影響，其次是電磁力的作用，浮力的影響最弱。Mar

4、angoni對流的方向可以通過活性劑的成分來控制，在僅用納米SiC顆粒做活性劑的溶池中，由于 Marangoni對流從溶池中央向邊緣運動并帶動了納米SiC顆粒，使其難以融入溶池中，故而納米SiC顆粒主要分布于溶池表面。而在TiO2和SiC復(fù)合活性劑的焊接接頭中，Marangoni對流帶動納米SiC顆粒向溶池中央和底部運動，但由于納米 SiC顆粒還受到電磁力的攪拌作用，雖然納米 SiC有一定的分布于溶池中央和底部的趨勢。但其最終會均勻分布

5、于溶池中。SiC顆粒溶入熔池后，大部分與基體中的Al反應(yīng)，生成了Al4C3和單質(zhì)Si，而單質(zhì)Si進(jìn)一步與Mg反應(yīng)生成了Mg2Si相，其中Al4C3相是基體相α-Mg的形核劑，而Mg2Si顆粒則作為彌散相起到了增強(qiáng)NSA-TIG焊接接頭的力學(xué)性能的作用。此外隨著納米增強(qiáng)活性劑表面涂覆密度的增加，接頭的宏觀形貌逐漸變差，熔池逐漸加深，焊縫加寬；焊縫中SiC數(shù)量增加，焊縫中α-Mg晶粒尺寸減小，第二相的β-Mg17Al12的體積分?jǐn)?shù)減少；焊接