基于外加能量場(chǎng)的鎂合金焊接冶金過(guò)程及微觀組織研究.pdf

1、鎂合金具有較高的比強(qiáng)度，是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在汽車和航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增加，因此鎂合金電弧焊研究也受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于鎂合金部分獨(dú)特的物理化學(xué)性能，鎂合金電弧焊尚存在較多問(wèn)題，焊接理論還不完善。因此，針對(duì)鎂合金焊接目前存在的一些具體問(wèn)題，從微觀層面進(jìn)行深入研究，完善鎂合金焊接理論，提出具體的解決方法對(duì)于鎂合金的發(fā)展具有重大意義。本文主要分為兩個(gè)部分，分別針對(duì)鎂合金焊縫熔合區(qū)液化裂紋和鎂合金焊縫晶粒粗大兩個(gè)主要焊接冶金問(wèn)題涉

2、及的理論機(jī)制及解決方法展開(kāi)研究。
　　第一部分針對(duì)鎂合金焊縫熔合區(qū)液化現(xiàn)象、液化裂紋等焊接冶金問(wèn)題，利用橫向拘束環(huán)形焊縫裂紋試驗(yàn)方法，借助熱力學(xué)計(jì)算軟件Pandat，展開(kāi)一系列實(shí)驗(yàn)探究和理論分析。
　　(1)本文首次提出鎂合金焊縫熔合區(qū)液化裂紋敏感性判據(jù)。即，當(dāng)鎂合金焊接熔池糊狀區(qū)固相百分?jǐn)?shù)fs(fraction solid)值大于焊縫熔合區(qū)區(qū)固相百分?jǐn)?shù)fs值時(shí)，例如高出5％以上，焊縫熔合區(qū)液化裂紋的敏感性較高。該判據(jù)一般適

3、用于兩相區(qū)產(chǎn)生了一定強(qiáng)度以后，如固相百分?jǐn)?shù)fs＞0.3以后。
　　(2)本文驗(yàn)證了鎂合金熔合區(qū)成分液化現(xiàn)象的發(fā)生，并從微觀層面分析了鎂合金焊縫熔合區(qū)液化裂紋的產(chǎn)生機(jī)制。通過(guò)微觀組織觀察和EDS分析發(fā)現(xiàn)，AZ91鎂合金焊縫熔合區(qū)粗大的γ(Mg17Al12)相在焊后轉(zhuǎn)變?yōu)棣?γ(Mg17Al12)復(fù)合相，說(shuō)明AZ91鎂合金熔合區(qū)焊接過(guò)程中發(fā)生了成分液化。由于AZ31鎂合金的γ(Mg17Al12)相顆粒在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)熱處理固溶了，所以

4、其成分液化現(xiàn)象比AZ91鎂合金弱。
　　(3)本文利用多元相圖計(jì)算方法研究了鎂合金熔池非平衡凝固過(guò)程，基于scheil凝固模型定量分析了鎂合金焊縫及熔合區(qū)的凝固路徑，揭示鎂合金各相在凝固過(guò)程中的凝固溫度，指導(dǎo)鎂合金焊縫熔合區(qū)液化裂紋研究。
　　第二部分針對(duì)鎂合金焊縫晶粒粗大的問(wèn)題，重點(diǎn)研究鎂合金焊縫晶粒生長(zhǎng)理論及晶粒尺寸控制方法，包括電磁電弧擺動(dòng)和熔池超聲攪拌兩種晶粒細(xì)化方法。
　　(1)本文首次研究了電磁電弧擺動(dòng)對(duì)焊

5、接熔池凝固過(guò)程的影響機(jī)理。在電磁電弧擺動(dòng)影響下，溫度梯度G減小，成分過(guò)冷度增大。同時(shí)，本文發(fā)現(xiàn)，溫度梯度G的下降主要是由于電弧擺動(dòng)造成的預(yù)熱作用，而不是單單由于電磁電弧擺動(dòng)加強(qiáng)了熔池流動(dòng)。
　　(2)本文首次利用電磁電弧擺動(dòng)晶粒細(xì)化方法在鎂合金焊縫中得到細(xì)小均勻的晶粒，并揭示其晶粒細(xì)化機(jī)制最有可能是枝晶尖端或者側(cè)臂由于重復(fù)受熱發(fā)生重熔脫落進(jìn)入焊接熔池并作為新晶核長(zhǎng)大為等軸晶，并不單純是一般認(rèn)為的枝晶尖端在外力作用下發(fā)生機(jī)械性折斷。

6、同時(shí)，電磁電弧擺動(dòng)增強(qiáng)了熔池凝固前沿的過(guò)冷度，使枝晶碎片更容易在熔池中保存下來(lái)并長(zhǎng)大為等軸晶。另外，本文還探究了電弧擺動(dòng)參數(shù)對(duì)晶粒細(xì)化效果的影響規(guī)律。
　　(3)本文首次提出了一個(gè)基于直接超聲攪拌的全新焊縫晶粒細(xì)化方法，即，將一根超聲探針直接插入焊接熔池并進(jìn)行超聲攪拌，成功將超聲能量直接導(dǎo)入鎂合金焊接熔池并成功細(xì)化鎂合金焊縫晶粒，簡(jiǎn)單高效。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明鎂合金超聲攪拌焊縫的晶粒細(xì)化機(jī)制最有可能是枝晶破碎機(jī)制，即超聲攪拌誘發(fā)聲空