薄板AZ31B鎂合金Nd-YAG脈沖激光焊接性的研究.pdf

1、與其他結(jié)構(gòu)材料相比，鎂合金具有比剛度、比強(qiáng)度高、易回收等一系列的優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空、航天和國(guó)防軍事工業(yè)等眾多領(lǐng)域都具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。鎂以其資源豐富而受到更加的重視。但是由于鎂合金本身的焊接冶金性能差，其連接技術(shù)依然是制約鎂合金進(jìn)一步應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。因此，利用高能量密度的激光對(duì)鎂合金連接技術(shù)的研究具有重要的實(shí)際意義。
　　 本文利用500W脈沖Nd:YAG固體激光器對(duì)薄板AZ31B變形鎂合金進(jìn)行焊接性研究。研究鎂合金激光自熔

2、焊工藝性能，探索了Nd?YAG脈沖激光焊接鎂合金的一般原則；研究了YAG激光焊對(duì)接接頭的物相、顯微組織、力學(xué)性能、斷口形貌以及電化學(xué)腐蝕性能；分析了激光焊接存在的主要缺陷及產(chǎn)生機(jī)理，并提出了相關(guān)的預(yù)防措施和改善方法。
　　 對(duì)2mm厚AZ31B變形鎂合金進(jìn)行自熔焊工藝性研究，發(fā)現(xiàn)在相同的平均功率下采用不同的脈沖寬度和脈沖頻率對(duì)焊縫熔深熔寬的影響有很大差別，峰值功率和脈沖寬度是影響焊縫熔深熔寬的主要參數(shù)。為了提高脈沖YAG激光與鎂

3、合金的耦合效率，脈沖YAG激光焊接鎂合金時(shí)應(yīng)遵循較大脈寬(>3ms)、較低頻率(<60Hz)、適當(dāng)峰值功率的原則。
　　 基于以上脈沖YAG激光焊接AZ31B鎂合金的原則，對(duì)1mm AZ31B鎂合金進(jìn)行對(duì)接焊接試驗(yàn)，確定最佳工藝參數(shù)為：脈沖寬度(tp)=4.5ms，脈沖頻率(f)=30Hz，平均功率(P)=253W，峰值功率(pp)=1.87kW，焊接速度(v)=5mm/s，占空比(CT)=16[％]，保護(hù)氣體為Ar，側(cè)面保護(hù)氣

4、體流量為15mL/min，離焦量(△)=+3mm。
　　 YAG激光焊縫的顯微組織主要是由晶粒細(xì)小的α-Mg固溶體和呈顆粒狀彌散分布在α-Mg固溶體內(nèi)的β-Mg17Al12相組成。由于激光焊接時(shí)產(chǎn)生的較大過(guò)冷度使焊縫區(qū)晶粒得到了明顯的細(xì)化，晶粒尺寸從母材的35μm細(xì)化到了10μm。焊縫區(qū)除了在熔合線附近存在少量的柱狀晶外，其它區(qū)域均為細(xì)小的等軸晶，晶粒尺寸從熔合線到焊縫中心有明顯的變化，從柱狀晶區(qū)到晶粒較大的等軸晶區(qū)到晶粒較細(xì)小

5、的等軸晶區(qū)再到焊縫中心的晶粒較大的等軸晶區(qū)，過(guò)渡界面清晰可見(jiàn)。焊縫深度方向的晶粒大小變化不大。
　　 AZ31B鎂合金母材的抗拉強(qiáng)度為234.75MPa，激光焊縫的抗拉強(qiáng)度為180.63MPa，達(dá)到母材的76.78[％]。母材的斷口形式主要為解理斷裂，焊接接頭的斷口形式為準(zhǔn)解理斷裂和韌性斷裂的混合斷裂，母材的脆性斷裂傾向比焊接接頭的大。母材的硬度大約為55HV0.05左右，焊縫的硬度比母材的提高了12.7[％]～30.9[％]，

6、最大硬度值可達(dá)72HV0.05，這主要是受細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化共同作用的結(jié)果。硬度的最大位置出現(xiàn)在焊縫的次中心區(qū)，非中心部位。母材的平均自腐蝕電位為-1471mV，焊縫的平均自腐蝕電位為-1384mV，比母材的提高了87mV，母材的平均自腐蝕電流為1184mA，焊縫的自腐蝕電流為1128mA，焊縫的自腐蝕電流比母材的減小了56mA?？垢g性能得到提高。
　　 進(jìn)一步對(duì)AZ31B鎂合金YAG激光自熔焊和對(duì)接焊的缺陷進(jìn)行了分析研究，發(fā)