AZ31镁合金氩弧焊接接头组织与力学性能研究

钨极氩弧焊(TIG)为镁合金焊接中最常用的一种焊接方法。本文采用直流钨极氩弧焊对6.0 mm厚AZ31镁合金挤压板材进行了双面焊接实验。采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机考察分析了焊接接头显微组织与力学性能。显微组织分析表明,AZ31镁合金直流TIG焊接头由母材、热影响区、焊缝区组成,焊缝组织呈现焊丝熔化后凝固组织;在母材热影响区与焊缝区之间坡口处形成过渡区,晶粒细小,为母材与焊丝的熔合区。采用AZ31焊丝焊接接头平均抗拉强度为241.0 MPa,延伸率为13.8%,分别达到了母材的86.0%和63.6%。焊接接头的断裂均位于热影响区,断口呈现韧脆混合断裂特征。     

细晶AZ61镁合金板材的CO2激光焊接性能

采用CO2激光器对2 mm厚的AZ61镁合金细晶板材分别进行了填充焊和自熔焊实验.研究了细晶镁合金板材的焊接性和填充带合金化稀土元素Ce对接头组织及力学性能的影响.结果表明，细晶板材的焊接接头热影响区不明显，组织较母材变化不大，半熔化区范围窄、液化程度低，未进行合金化的自熔焊焊缝组织较粗大，焊缝晶粒尺寸约15 μm，而填充焊焊缝组织为平均晶粒尺寸是5 μm的等轴晶，即合金化稀土元素Ce可细化焊缝组织，而且稀土元素Ce的加入能抑制柱状树枝晶区而扩大等轴晶区域范围.填带焊接头的平均抗拉强度和伸长率较自熔焊接头分别提高了6%和12%.     

AZ31镁合金薄板的交流钨极氩弧焊

探讨了氩弧焊工艺参数对镁合金焊接接头质量的影响，采用金相显微镜，对AZ31镁合金薄板TIG焊接接头进行了微观组织观察、用X-射线衍射仪等分析测试手段对相组成和力学性能进行了分析，结果发现：焊接电流为40A和45A时，焊接接头的力学性能最好，(σb为205MPa)，为母材强度的80％左右，断裂总是发生在热影响区，焊缝区组织呈细小的等轴晶，主要存在α-Mg和Mg17Al12两种相，热影响区组织较粗大。     

焊接电流对镁/镀锌钢 TIG熔--钎焊接头显微组织与力学性能的影响

采用TIG熔-钎焊焊接方法,以镁合金焊丝为填充材料,对镁合金与镀锌钢进行连接实验,并分析热输入量对接头显微组织和力学性能的影响.热输入量过小会阻碍镁/钢界面反应层的形成而使得焊缝难以焊合,热输入量过大又会促进焊缝内部脆性第二相的长大,降低接头力学性能.接头强度随着焊接电流和焊接速度的增大都呈现先上升后下降的趋势,电流为70 A时强度达到最大,该值接近AZ31B母材的88．7%.此时断裂发生于焊缝熔焊区,断面出现大量韧窝和撕裂棱,呈现出塑性断裂特征.     

AZ31B镁合金TIG和MIG焊接接头组织性能比较分析

研究了AZ31B镁合金钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)焊接接头组织及性能。在厚度为8.0 mm的AZ31B镁合金板材上分别进行了填丝TIG和MIG两种焊接试验,分析了AZ31B镁合金两种焊接工艺以及接头焊缝的微观组织和显微硬度。试验结果表明,填丝TIG焊缝成形良好;MIG焊接时有飞溅现象,焊缝成形不及TIG均匀。TIG和MIG焊接接头的相组成与母材的相组成一致。MIG焊接热影响区HAZ的晶内析出相弥散分布,焊缝区晶界析出相连续分布;而且MIG焊接接头的显微硬度值较TIG焊接时要高,焊接接头的力学性能有所提高。     

ZK60镁合金的CO2激光焊接工艺研究

采用CO2激光焊接ZK60高强镁合金薄板,并使用金相显微镜、万能拉伸试验机、扫描电子显微镜等分析测试手段,研究CO2激光焊接接头各区域的显微组织、接头的力学性能、断口形貌特征等,分析主要焊接参数(包括激光功率、焊接速度)对焊接质量的影响,探讨高强镁合金的激光焊接工艺特点.研究结果表明:在本实验条件下,采用CO2激光焊接工艺能够实现镁合金ZK60的连接;通过适当地选择工艺参数可以获得比较理想的焊缝,接头抗拉强度可达母材强度的80.4%.     

镁合金焊丝成分对镁钢异种金属CMT焊接性的影响

采用CMT冷金属过渡焊对异种金属AZ31B镁合金板和HDG60镀锌钢板进行焊接,试验中采用AZ92、AZ61、MnE21镁合金焊丝.结果表明:在合适的工艺参数下,3种焊丝都能形成较好的焊缝,但AZ92、AZ61焊丝的焊接窗口比较宽,而MnE21焊丝的焊接窗口极窄,并且焊缝处有明显的裂纹.接头的界面组织分析表明,焊接接头被分成焊缝区、中间结合区、熔合区.通过X射线衍射分析得出,当采用AZ92、AZ61镁合金焊丝时,焊接结合面主要有Mg的固溶体,还有MgFeAlO4、Mg2Zn11、Al12Mg17等化合物;采用MnE21镁合金焊丝时,焊接结合面主要有Mg固溶体,还有Mg32Al49、Al12Mg17化合物.在拉伸试验中,采用相同规格的拉伸试样,使用AZ61焊丝的接头拉剪力可达镁母材的87.5%.而采用其他2种焊丝时拉剪力较小.由此可见,AZ61焊丝更适合焊接镁钢异种金属.     

Si对快速凝固/粉末冶金(RS/PM) AZ91镁合金组织和性能的影响

采用快速凝固/粉末冶金(RS/PM)法制备了Si增强的AZ91镁合金.研究了不同Si含量对AZ91镁合金的微观组织、室温和高温力学性能的影响.结果表明:随着Si含量的增加,合金中原位生成的Mg2Si颗粒逐渐长大.Si的加入显著提高了合金的室温和高温力学性能.室温下,当Si含量≤3%时,合金的抗拉强度随着Si含量的增加而提高,当Si含量增加至5%时,合金的抗拉强度大幅度降低.其中RS/PM(AZ91+3%Si)合金表现出最优异的室温力学性能:bσ高达472.36 MPa,σ0.2和δ分别达到329.76 MPa和4.70%.合金的高温抗拉强度(473 K)随着Si含量的增加而提高.     

B和Gd复合微合金化对AZ91镁合金微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射分析对添加微量B和稀土元素Gd的AZ91镁合金的显微组织及相组成进行了研究,并对其室温力学性能进行了测试。结果表明,AZ91镁合金中添加Gd后,Gd与Al形成杆状或块状的Al_2Gd化合物相。含Gd的质量分数为1.0%时,铸态合金的拉伸强度为207.8 MPa,相对未加Gd时提升了27.9%。AZ91镁合金复合添加B和Gd后,合金组织发生明显的变化,在减少Gd含量的基础上添加B,可达到用微量B代替部分Gd对AZ91的强化效果。对比单一添加Gd的铸态AZ91镁合金,在达到相同力学性能的情况下,(B+Gd)复合微合金化的AZ91镁合金的Gd添加量质量分数降低了19%,从而降低了成本。     

CO2激光焊接快速凝固耐热铝合金AA8009

采用3种不同的焊接速度（0.6, 1.5和2.4 m/min）, 对板厚为1 mm的耐热铝合金AA8009进行CO2激光焊接. 研究结果表明： 在焊接冷却速度为102～103 ℃/s时, 焊缝中心凝固组织为亚共晶组织, 大量细小的第二相粒子弥散分布在细小近等轴的α-Al中;在熔化区边界存在大量粗大的针状相分布在粗大胞状枝晶α-Al中;提高焊接速度可改善焊接接头组织和性能, 当焊接速度为2.4 m/min时, 焊缝组织类似于基材组织;焊接接头断裂发生在熔化区边界.     

Effects of thermomechanical treatments on the microstructures and mechanical properties of GTA-welded AZ31B magnesium alloy

Thermomechanical treatments were carried out to improve the properties of AZ31B joints prepared by gas tungsten arc welding. The microstructures of the joints were studied by optical microscopy and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectrometry. Tensile tests and hardness tests were performed to investigate the effects of thermomechanical treatments on the mechanical properties of the joints. It is found that the thermomechanical-treated joints show superior mechanical properties against the as-welded joints, and their ultimate tensile strength can reach more than 92% of the base material. This mainly attributes to the formation of fine equiaxed grains in the fusion zone. After thermomechanical treatments the dendrites are transformed to fine spherical grains, and the dendritic segregation can be effectively eliminated.     

高速列车车厢用的铝合金板焊接接头的组织与性能

利用光学显微镜和透射电子显微镜研究了国产7020铝合金熔化极惰性气体保护焊(MIG)接头的微观组织结构,并对接头的力学性能进行研究.结果表明,接头的硬度以焊缝中心线为轴呈对称分布,且焊缝中心为接头的最薄弱环节;焊缝区为典型的树枝状晶的铸造组织.在熔合区,焊缝一侧为沿散热方向排列的柱状晶,另一侧为细小的等轴晶组织.热影响区内,仍可见纤维状加工痕迹,部分析出相固溶到基体中;强化相的粗化,是热影响区内出现软化区的主要原因.国产7020铝合金焊接接头强度达到欧洲标准.     

Characteristics of AZ31 Mg alloy joint using automatic TIG welding

The automatic tungsten-inert gas welding (ATIGW) of AZ31 Mg alloys was performed using a six-axis robot. The evolution of the microstructure and texture of the AZ31 auto-welded joints was studied by optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and electron backscatter diffraction. The ATIGW process resulted in coarse recrystallized grains in the heat affected zone (HAZ) and epitaxial growth of columnar grains in the fusion zone (FZ). Substantial changes of texture between the base material (BM) and the FZ were detected. The {0002} basal plane in the BM was largely parallel to the sheet rolling plane, whereas the c-axis of the crystal lattice in the FZ inclined approximately 25° with respect to the welding direction. The maximum pole density increased from 9.45 in the BM to 12.9 in the FZ. The microhardness distribution, tensile properties, and fracture features of the AZ31 auto-welded joints were also investigated.     

焊后多次正火对超细晶粒钢热影响区组织与硬度的影响

为研究400 MPa级超细晶粒钢焊接接头热影响区粗晶区的晶粒细化行为,对其空冷与水冷接头均进行了3次焊后正火热处理.组织观察表明:第1次正火后粗晶区晶粒明显细化,但细晶区和母材区的晶粒均比正火前的稍微粗大,第2次与第3次正火并不能进一步细化晶粒;冷却条件对热影响区组织的影响并不十分显著.显微硬度测试表明:第1次正火使接头硬度大幅度降低,甚至低于母材的原始硬度,后续正火对硬度的影响较小;在所有试样中,仅水冷接头第1次正火后的热影响区硬度与原始母材及母材区的硬度接近.由于焊后多次正火并不能使热影响区晶粒进一步细化,反而使其有粗化与软化的趋势,故应避免焊后多次正火处理.     

Influence of CO2 laser welding parameters on the microstructure, metallurgy, and mechanical properties of Mg-Al alloys

This study investigated the microstructural characteristics, metallurgy, microhardness, and tensile strength of AZ31 and AZ61 magnesium alloy weldments, fabricated in a CO₂ laser welding process with the adjustment of various parameters. The results show that the AZ31 weldment contains equiaxed grains within the fusion zone (FZ). By contrast, the FZ of the AZ61 weldment contains refined cellular grains and the partially melted zone (PMZ) contains bulk grains. We infer that the difference in aluminum content between the two magnesium alloys results in different supercooling rates and solid grain structures. For both weldments, the ultimate tensile strength (UTS) decreases following the CO₂ laser welding process. However, no significant difference is noted between the UTS of the two weldments, suggesting that tensile strength is insensitive to the Al content of the magnesium alloy. The CO₂ laser welding process is shown to increase the microhardness of both magnesium alloys. Furthermore, grain refinement is responsible for the maximum hardness in the FZ of both weldments. The AZ61 weldment has a higher content of Al, resulting in a greater grain refinement.     

AZ31镁合金板材自动氩弧焊接工艺研究

利用六轴焊接机器人夹持氩弧焊枪进行AZ31镁合金自动氩弧焊接工艺研究,焊后利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能试验机等对焊接接头进行微观组织表征及力学性能测试。结果表明,在焊接电流160 A、焊接速度0.45 m/min、填丝速度0.6 m/min、钨极针与板材距离0.5 mm（前半段）和2.0 mm（后半段）以及保护气体流量16 L/min（正面）和21 L/min（背面）的条件下,能得到外观形貌良好、质量可靠的AZ31镁合金焊接接头。焊接接头的金相组织显示,焊缝区微观组织可清晰地分为母材区,热影响区和熔化区。焊接过程在热影响区和熔化区出现了大量的沉淀相,X射线衍射结果表明,该沉淀相为β Mg17Al12沉淀相。拉伸结果显示,焊接接头的抗拉强度达到了母材的81.02%,在断口观察到了大量的解离面和韧窝的存在,呈现出脆性断裂与韧性断裂相结合的混合断裂特征。     

微弧氧化处理提高AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐蚀性

为提高镁合金焊接接头的耐蚀性,对6mm厚的AZ31B板材搅拌摩擦焊焊缝进行微弧氧化处理,并研究焊缝的微观组织、截面显微硬度及其微弧氧化前后的耐蚀性.结果表明:接头的微观组织明显分为3个区域:焊核区、热机械影响区及热影响区,并且接头整体硬度低于母材,焊接时焊核部位出现软化现象,导致其硬度最低.盐水浸泡实验和电化学测试表明,微弧氧化前焊缝的耐蚀性低于母材,经过微弧氧化处理后,焊缝表面形成一层致密光滑的陶瓷膜,极大提高其耐蚀性.并且,经同工艺微弧氧化处理后,焊缝表面微弧氧化膜要比母材的微弧氧化膜厚.     

焊接热输入对镁合金与镀铜钢冷金属过渡焊接接头性能和缺陷影响

利用冷金属过渡焊(CMT)对镁合金和镀铜钢异种金属进行焊接,填充材料选择AZ31镁合金焊丝,对焊接接头的显微组织进行检测,分析焊接接头的性能和缺陷。实验结果表明:Cu元素对镁合金在钢表面的润湿铺展起到良好的促进作用,焊接热输入影响Cu元素对镁/钢表面的润湿铺展效果。焊接接头产生富铜区,易产生裂纹,降低了焊接接头强度。经过拉伸测试,在焊接热输入为212. 2 J/mm时,焊接接头强度达到最大值3. 99 k N,但在焊接热输入达到254. 6 J/mm时,焊接强度反而降低,这是由于钎焊区生成了大量的中间层脆性化合物。焊接接头组织中检测到气孔、夹渣和裂纹等焊接缺陷的存在,这与母材表面的氧化膜和焊缝内应力有关。     

焊接速度对双相钢激光焊接接头组织和性能的影响

为提高汽车车身用双相钢(DP钢)激光焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,研究焊接速度对1.4 mm厚DP780钢脉冲激光焊接接头组织和不同应变速率下拉伸性能的影响规律.结果表明,不同激光焊接速度下DP780钢接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,随焊接速度增加,接头的软化程度降低.接头的强度随应变速率增加而增加,抗拉强度和断裂延伸率随焊接速度增加呈先增加后减少的趋势.当焊接速度为400 mm/min时,接头表面成形性好、熔深和熔宽适中、无焊接缺陷、外侧热影响区软化程度最低(软化率为9%),熔合区硬度适中,接头整体强度和塑性指标达到最佳值.