AZ31鎂合金NSA-TIG焊接接頭力學(xué)性能強(qiáng)化機(jī)理及腐蝕特性的研究.pdf

1、鎂合金憑借其優(yōu)異性能（比強(qiáng)度高、密度低、減震性好和電磁屏蔽性好），在國防軍工、航空航天和消費(fèi)電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于常溫下鎂及鎂合金的變形能力較差，復(fù)雜鎂合金結(jié)構(gòu)件成型困難，鑄造和鍛壓等加工方式難度較大，焊接工藝已然成為該類制件成型的重要技術(shù)手段。因而針對(duì)鎂合金的焊接技術(shù)研究不可或缺。鎢極氬弧焊（Tungsten Insert GAS Arc Welding，TIG）憑借其優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)適用性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。然而，鎂合

2、金 TIG焊接熔深較淺，難以保證焊接接頭服役可靠性，基于此，本文提出了一種新型的鎂合金納米顆粒增強(qiáng)活性鎢極氬弧焊（Nanoparticles Strengthening Activing Flux TIG Welding，NSA-TIG）技術(shù)。以AZ31鎂合金焊接為例，通過試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬及理論分析等方法，探究了納米TiC顆粒對(duì)鎂合金NSA-TIG焊接接頭微觀組織及力學(xué)性能的影響、NSA-TIG焊接接頭腐蝕行為以及納米顆粒在焊接接頭中

3、分布規(guī)律。同時(shí)，采用響應(yīng)面法與遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化方法，對(duì)這種新型的NSA-TIG焊接方法進(jìn)行了工藝參數(shù)優(yōu)化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①探究了不同納米TiC顆粒含量對(duì) AZ31鎂合金焊接接頭顯微組織和力學(xué)性能的影響，以及納米顆粒在焊接接頭中的分布規(guī)律。結(jié)果表明：納米Ti C顆粒的添加，能顯著細(xì)化焊接接頭中α-M g晶粒，在細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化（納米Ti C顆粒和β-Mg17Al12顆粒）共同作用下，AZ31鎂合金NSA-TIG焊接

4、接頭的極限拉伸強(qiáng)度隨著復(fù)合活性劑中 TiC組分的增加而增加。當(dāng)涂覆層組成為60％的 TiC和40%的Ti O2時(shí)，焊接接頭極限拉伸強(qiáng)度最優(yōu)。采用多相流模型模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米Ti C顆粒主要分布于熔池的中部和底部，并通過顯微硬度試驗(yàn)及EDS分析對(duì)模擬試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。②通過電化學(xué)試驗(yàn)、顯微表征等方法，研究了AZ鎂合金NSA-TIG焊接接頭在NaCl溶液中的腐蝕特征。結(jié)果表明：晶粒細(xì)化作用導(dǎo)致了AZ31鎂合金TIG/NSA-TIG焊接接頭熔合

5、區(qū)在NaCl溶液中腐蝕電位變化不大，腐蝕電流密度由TIG焊接接頭的7.734×10-4 A·cm-2下降至NSA-TIG焊7.120×10-5A·cm-2。其次，鋁含量較高的 AZ91鎂合金焊縫中連續(xù)β-Mg17Al12分布對(duì)焊縫耐蝕性起到了決定性作用。例如AZ91鎂合金TIG/NSA-TIG焊接接頭腐蝕電流由TIG焊縫8.128×10-5 A·cm-2下降為NSA-TIG焊縫3.374×10-6 A·cm-2。同時(shí)，納米TiC顆粒含量

6、變化對(duì)接頭腐蝕行為有影響。當(dāng)涂覆量為15 mg/cm2時(shí)，焊縫表面的極化電位最低（-1.564V），腐蝕電流最?。?.163×10-5 A·cm-2），此時(shí)耐腐蝕性能最好。當(dāng)活性劑含量上升至20 mg/cm2時(shí)，腐蝕電位并未明顯增加，但是腐蝕電流顯著躍升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，耐腐蝕新能最差。③通過響應(yīng)面代理模型與遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化方法，對(duì)對(duì)NSA-TIG焊接過程中的焊接速度、焊接電流、活性劑涂敷量以及保護(hù)氣體流量等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。得到最優(yōu)

7、工藝參數(shù)組合為：焊接速度273.6mm/min、焊接電流115.4A、復(fù)合活性劑含量14.5mg/cm2、保護(hù)氣體流量12.3L/min。以該優(yōu)化參數(shù)組合進(jìn)行物理試驗(yàn)，得出焊接接頭平均拉伸強(qiáng)度為189.2MPa(母材的92.3%)，接頭深寬比為0.63，焊縫平均硬度為96.2HV，優(yōu)于1-9號(hào)試樣的最優(yōu)值(平均拉伸強(qiáng)度181.3MPa，接頭深寬比0.62，焊縫平均硬度95.3HV)。改善了AZ31鎂合金NSA-TIG焊接質(zhì)量可靠性，為其