AZ31鎂合金薄板電阻點(diǎn)焊熔核生長(zhǎng)及結(jié)晶行為研究.pdf

1、鎂及其合金作為密度最小的結(jié)構(gòu)用金屬材料，不但具有比強(qiáng)度、比剛度高，減振性、抗輻射強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且易切削加工，可回收再利用，在汽車、電子、航天、航空和國(guó)防軍事事業(yè)領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，是繼鋼鐵和鋁合金之后發(fā)展起來(lái)的第三類金屬結(jié)構(gòu)材料。研究鎂合金的電阻點(diǎn)焊，充分了解鎂合金點(diǎn)焊的產(chǎn)熱過(guò)程、熔核生長(zhǎng)行為、接頭組織凝固特性以及焊接缺陷形成機(jī)理，對(duì)提高點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度、增加鎂合金材料的適應(yīng)性具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)鎂合金的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)

2、程具有積極地促進(jìn)作用。
　　基于顯微接觸理論，建立了電阻點(diǎn)焊過(guò)程的電-熱-力耦合有限元模型。采用有限元模擬和焊接試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了1mm厚AZ31鎂合金電阻點(diǎn)焊熔核的生長(zhǎng)過(guò)程。發(fā)現(xiàn)液態(tài)熔核在焊接開(kāi)始的第一個(gè)周波內(nèi)形成，在隨后的2～3個(gè)周波內(nèi)迅速長(zhǎng)大，之后熔核尺寸基本穩(wěn)定。使用直徑為6mm的錐臺(tái)形電極時(shí)，其最佳工藝參數(shù)為焊接電流17000A，焊接壓力2500N，焊接時(shí)間10個(gè)周波，預(yù)壓時(shí)間20個(gè)周波，此時(shí)接頭拉剪力達(dá)到2210N

3、。對(duì)于相同厚度的鎂、鋁和鋼，在相同承載條件下，鎂合金的質(zhì)量小于鋁合金的1/2，低碳鋼的2/3，因此在點(diǎn)焊薄板結(jié)構(gòu)中采用鎂合金代替鋁合金和鋼可以實(shí)現(xiàn)輕量化。
　　對(duì)點(diǎn)焊過(guò)程中動(dòng)態(tài)電阻的研究發(fā)現(xiàn)鎂合金的動(dòng)態(tài)電阻隨焊接時(shí)間呈單調(diào)下降趨勢(shì)，液態(tài)熔核的開(kāi)始形成和焊接飛濺的產(chǎn)生都會(huì)引起動(dòng)態(tài)電阻值的迅速下降。通過(guò)動(dòng)態(tài)電阻與焊接電流、時(shí)間的基本關(guān)系，從焊接熱量產(chǎn)生的基本理論出發(fā)，建立了鎂合金焊點(diǎn)熔核生長(zhǎng)模型，為研究鎂合金熔核的生長(zhǎng)行為奠定了理論基

4、礎(chǔ)，通過(guò)此生長(zhǎng)模型可以對(duì)1mm厚AZ31鎂合金焊接過(guò)程中熔核的生長(zhǎng)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)及分析。
　　通過(guò)研究焊接工藝參數(shù)、接頭應(yīng)力分布和接頭組織特征對(duì)鎂合金點(diǎn)焊接頭的強(qiáng)度和斷裂部位的影響，發(fā)現(xiàn)工藝參數(shù)對(duì)接頭強(qiáng)度的影響存在最佳值，接頭受力時(shí)熔核是主要的承載部位，在熔核邊緣與板縫結(jié)合處由于幾何非線性和材料的非線性將出現(xiàn)應(yīng)力集中，這里是點(diǎn)焊接頭受力時(shí)最薄弱的環(huán)節(jié)，裂紋從這里萌生，沿熔核邊緣高應(yīng)力區(qū)擴(kuò)展。
　　通過(guò)對(duì)1mm厚AZ31鎂合金點(diǎn)

5、焊熔核凝固過(guò)程溫度場(chǎng)的研究，計(jì)算得到焊點(diǎn)熔核的冷卻曲線及溫度梯度分布曲線，發(fā)現(xiàn)鎂合金獨(dú)特的熱物性能使得在點(diǎn)焊條件下焊點(diǎn)凝固過(guò)程為糊狀凝固，凝固時(shí)間較長(zhǎng)。與鋼和鋁合金等相比，液態(tài)熔核內(nèi)部溫度梯度較小，整個(gè)凝固過(guò)程中異質(zhì)形核率與晶粒長(zhǎng)大速率的比值較大，最終導(dǎo)致鎂合金熔核的凝固組織為等軸晶組織。由于焊點(diǎn)熔核冷卻速度很快，熔核內(nèi)部組織為典型的非平衡凝固條件下得到的離異共晶組織，為初晶α-Mg晶粒和沿晶界分布的離異共晶組織β-Mg17Al12。<

6、br>　　飛濺是1mm厚AZ31鎂合金點(diǎn)焊過(guò)程中最主要的焊接缺陷，它的產(chǎn)生將會(huì)直接破壞焊點(diǎn)的完整性，嚴(yán)重影響接頭的強(qiáng)度?；诖植诒砻骐娊佑|理論和接觸面最高溫度mT與接觸界面電壓降V之間的關(guān)系研究了鎂合金點(diǎn)焊外部飛濺的產(chǎn)生原因，發(fā)現(xiàn)外部飛濺主要是由界面上接觸電阻的非均勻分布引發(fā)局部區(qū)域溫度高于金屬熔點(diǎn)所導(dǎo)致的。將焊點(diǎn)熔核的生長(zhǎng)過(guò)程和周圍金屬的塑性變形作為一個(gè)整體研究了點(diǎn)焊內(nèi)部飛濺，發(fā)現(xiàn)鎂合金相對(duì)與其它金屬在點(diǎn)焊過(guò)程中將產(chǎn)生更大的體積膨脹，