镁合金/镀锌钢TIG熔-钎焊参数及焊后处理对接头组织与力学性能的影响

摘要

本文以 AZ31B镁合金和 DP450镀锌双相钢钢板作为研究目标，填充钎料为AZ31B镁合金焊丝，利用TIG熔钎焊的方法进行了镁/镀锌钢异种金属焊接的工艺性试验。同时分别采用焊后喷丸处理、焊后热处理工艺及两种方式相结合的复合处理工艺对焊接接头质量进行改良，并且对铝/钢焊接接头的组织与性能进行了相关测试研究以及对比分析。
　　在焊接电流为70A，焊接速率为0.2m/min，送丝速度同为0.6 m·min-1，焊机的脉冲频率为1Hz的工艺参数下能得到外观和质量都较为优良的焊接接头。接头由钎焊区、熔焊区、热影响区和母材组成。在该最优参数控制下，接头的拉伸-剪切强度达到227.0N·mm-1，熔焊区显微硬度在47.6HV以上。熔焊区组织主要为α-Mg基体以及Mg32(Zn, Al)49析出相，钎焊区主要由若干Mg-Al-Zn构成的脆性金属间化合物共同组成。焊缝单位长度的热输入量通过影响钎焊层的形成效果来影响接头的焊合效果。当焊接接头强度较低时，接头在拉伸-剪切试验中从钎焊层断裂，断面呈明显脆性断裂特征；当焊接接头强度较高时，接头在拉伸-剪切试验中从熔焊层断裂，断面呈塑性断裂特征。
　　对最优参数下的焊接接头进行焊后喷丸处理可提升接头的力学性能。经喷射强度为0.10MPa的喷丸处理后的接头，其拉伸-剪切强度达到了251 N·mm-1，熔焊区的显微硬度在增大到49.1HV。喷丸处理一方面可细化焊缝的晶粒尺寸，熔焊区的平均晶粒尺寸最小能下降到仅为25.4μm；另一方面引入残余压应力，当喷射强度为0.10MPa时可获得最大残余压应力74.02MPa。两种强化机制共同作用使接头的强度和延展性都得到较大提高。经过喷射强度为0.10MPa的喷丸处理后的接头在拉伸试验中断裂位置位于母材，断面呈现良好的塑性断裂特征。
　　对最优参数下的焊接接头进行焊后热处理可提升接头的力学性能。经过200℃的保温温度和1h的保温时间热处理后的接头，显微硬度略有下降，拉伸-剪切强度上升到238 N·mm-1，且延展性得到较大提升。经过热处理的接头，焊缝晶粒尺寸增大并均匀化，同时残余拉应力得到减弱甚至消除，析出相有所减少，但焊缝内部物相组成不变。热处理后的接头其拉伸断裂于熔焊区部分偏母材的位置，断面呈现更显著的塑性断裂特征。
　　最后，采用焊后热处理与喷丸的复合处理方法提升接头的综合性能。经此方法处理后得到的接头，其显微硬度高于常规条件下的接头，低于单独使用焊后喷丸处理的接头；其拉伸-剪切强度在三种焊后处理工艺所得到的接头都高，最终得到综合力学性能较为优良的焊接接头。

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1 绪 论

1.1 课题研究意义

1.2 镁/钢焊接研究现状

1.3 喷丸工艺

1.4 热处理工艺

1.5 本课题研究内容

2 试验条件与方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 技术路线

2.4 TIG焊操作方法

2.5 分析方法与检测手段

3 焊接电流与焊接速率对焊接接头组织与力学性能的影响

3.1 研究思路

3.2 焊接电流对接头性能的影响

3.3 焊接速率的影响

3.4 本章小结

4 焊后喷丸处理对焊接接头的影响

4.1 研究思路

4.2 焊缝宏观形貌

4.3 焊缝微观形貌

4.4 焊缝残余应力

4.5 力学性能

4.6 本章小结

5 焊后热处理对焊接接头影响

5.1 研究思路

5.2 焊缝宏观形貌

5.3 焊缝微观形貌及组织

5.4 力学性能

5.5 焊后热处理与喷丸复合处理对接头的影响

5.6 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士期间发表的论文