添加过渡层的镁合金/钢激光-TIG电弧复合熔化焊接机制

激光-电弧复合热源技术较单一热源焊接技术相比,具有热源能量密度梯度及热力耦合模式可优化设计等特点,成为实现关键零部件精确成形成性焊接制造的重要方法.文中以镁合金/钢为代表的难固溶不反应异质材料为研究对象,提出多组元液相共存的镁合金/钢激光-TIG电弧复合焊接新思路,利用激光-TIG电弧复合焊接热源所具有的能量密度梯度分布特征,通过添加Cu-Zn过渡层,实现镁合金/钢异种金属高质量熔化焊接,并对铝元素的作用进行了探讨.

AZ31B/Q235激光诱导电弧填丝焊连接界面分析

利用激光诱导TIG电弧复合热源,通过添加AZ61镁合金焊丝,开展了1.6 mm厚AZ31B镁合金和1.0 mm厚Q235低碳钢板材对接焊研究.分别采用扫描电镜、电子探针、万能拉伸试验机、金相显微镜等仪器进行分析测试.结果表明,采用激光诱导电弧双面填丝焊接工艺,能够获得成形美观、连续的焊缝,焊接接头平均抗拉载荷为3.13 k N.连接界面包括两部分:镁与钢的对接界面为熔化焊接,主要以界面元素扩散为主;远离对接面的接头上下界面为镁合金在钢基体的润湿铺展连接.焊接接头断裂路径表明,连接界面发生的元素扩散是实现镁合金与钢高性能连接的关键.

镁/钢激光-电弧复合焊接接头的腐蚀行为

采用激光-电弧复合填丝对接焊方法获得了成形及力学性能良好的AZ31B镁合金/Q235钢板焊接接头;利用金相显微镜和电子探针观察焊接接头组织和元素分布状态,通过浸泡腐蚀试验和电化学试验研究了焊接接头不同区域(镁母材、焊缝、钢母材)的腐蚀行为。结果表明:AZ31B母材存在各向异性的腐蚀现象;焊缝与钢母材之间发生电偶腐蚀,邻近界面处的焊缝腐蚀严重,而界面处富集Al、Mn元素,腐蚀倾向较小;焊缝中存在较多钢飞溅,钢飞溅周围的区域比焊缝其他位置的腐蚀更为严重,焊接过程中产生的钢飞溅对焊缝的耐蚀性是不利的;焊缝中的β相一方面作为屏障层阻碍基体的腐蚀,另一方面作为电偶腐蚀中的阴极增加焊缝基体的腐蚀敏感性。

激光离焦量对镁/钢异种金属激光-TIG复合焊的影响

采用激光-TIG电弧复合对接填充镁合金焊丝的形式连接镁/钢异种金属。焊后进行拉伸试验和扫描电镜测试,主要研究不同激光离焦量条件下镁/钢接头的成形、截面形貌、力学性能、断裂位置及界面元素分布。结果表明:随着激光离焦量的增加,在焊缝正面的铺展宽度逐渐增大,而背面的铺展宽度逐渐减小,镁/钢对接界面底部的结合变差,焊接接头所能承受的最大拉伸载荷逐渐减小,最大载荷为离焦量+2 mm的接头,拉伸载荷可达3 367 N(断裂在钢母材侧),断裂形式随离焦量增加由韧窝断裂转变为脆性断裂;对界面分析可知性能最好的+2 mm离焦量接头界面出现Al元素富集的过渡层,实现镁/钢之间冶金连接,而当离焦量大于+6 mm的接头下部界面出现未熔合缺陷。