镁/钢异种金属搅拌摩擦焊的进展研究

镁钢异种金属的焊接研究在近些年愈发受到重视,因其可以在航空航天,航海以及汽车领域发挥出巨大作用。然而,不同焊接方式,工艺参数,焊接材料等所带来的各种问题成为阻碍技术进步的关键。尤其是金属镁与金属钢及其以各自为基底的合金具有相当大的物理和化学性质差异,两者之间难以通过现有的焊接方式实现可靠焊接。本文主要从镁钢异种金属的搅拌摩擦焊方法入手,介绍在此方法中,两者焊接所存在的具体问题,解决方式和发展前景。

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。

镁/钢异种金属焊接的研究现状与展望

分析了镁/钢异种金属的焊接性及存在问题,以搅拌摩擦焊、电弧焊、激光焊等焊接方法分类讨论了镁/钢焊接的研究现状;通过添加中间元素进行焊接调控是解决镁/钢异种金属焊接问题的关键,并对镁/钢焊接的后续研究进行了展望。

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。

Zn-xAl中间层对镁/钢接头组织和性能的影响

通过添加不同Al含量的Zn-x Al(x=0,3,5,8,15)中间层,进行镁与钢的接触反应钎焊.采用扫描电镜、X射线衍射仪、电子万能拉伸试验机等测试手段,对比分析AZ31/Zn-x Al/DC01接头的组织特征及力学性能.结果表明,Al元素的添加使中间层中生成Fe2Al5化合物过渡层,有效阻止了Fe-Zn金属间化合物的形成.接头断裂位置由Fe-Zn金属间化合物层变为Mg-Zn金属间化合物区.随着Al含量的增加,接头剪切强度呈现先增大后减小的趋势.当Al含量为5wt.%时,接头剪切强度最高.

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.