AZ31B镁合金点焊接头的断口特征和耐蚀性分析

采用与母材同质的焊丝对az31b镁合金板材进行手工钨极氩弧焊,利用专门设计的模具对镁合金熔焊接头进行423k弯曲变形试验,通过光学显微镜、扫描电镜及拉伸试验机等手段,研究了弯曲前、后的az31b镁合金熔焊接头的微观组织及力学性能。结果表明:az31b镁合金熔焊接头经423k弯曲变形后,焊缝区和热影响区都出现了一定的孪晶,接头热影响区铸态枝晶组织转变为细小的孪晶组织,孪生成为接头主要的变形机制;焊缝近表面处孪晶密度比中部密度大,焊缝及热影响区晶粒明显得到细化;接头抗拉强度由原先的178mpa增加至216mpa,伸长率由7%提高到9%。

针对az31镁合金材料,研究了在a-tig焊中单一成分的活性剂对焊缝成形的影响。试验结果表明,与无活性剂的焊缝相比,活性剂tio2、sio2、cr2o3、cdcl2和cacl2能够有效地增加镁合金焊缝的熔深和深宽比。镁合金涂敷活性剂cdcl2后焊缝接头的微观组织与未涂敷时焊缝接头的微观组织没有明显区别,只是前者热影响区稍宽。未涂敷活性剂和涂敷cdcl2的试样硬度值分布相差不大。在az31镁合金的焊接中,活性剂cdcl2的作用效果最好。

AZ31B镁合金TIG焊焊接接头的疲劳性能

太原理工大学 硕士学位论文 az31b镁合金焊接接头疲劳性能改善方法研究 姓名：张兰 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：王文先 20100501 太原理工大学硕士研究生学位论文 i az31b镁合金焊接接头疲劳性能改善方法研究 摘要 镁合金具有轻质高强，资源丰富，易于回收等一系列优点，被誉为“21 世纪绿色金属结构材料”。发展复杂的大型镁合金结构，焊接技术是最为重 要、快捷的加工方法之一，也是突破镁合金广泛应用瓶颈的重要手段。然 而，统计资料表明，70%~90%的焊接结构失效是由于焊接接头的疲劳断裂 造成。因此，研究镁合金焊接接头的疲劳性能及改善方法具有重要的理论 意义和实际价值。 本文对az31b镁合金对接和十字两种接头型式的焊接试件的疲劳性能 进行了研究。az31b镁合金对接接头的试验中值s-n曲线为 lgn=

为了连接变形镁合金az31b,以al基钎料对变形镁合金az31b进行高频感应钎焊。采用扫描电镜、x射线衍射仪、x射线能谱等分析钎焊接头的显微组织及钎缝物相,测试钎焊接头的力学性能及显微硬度。结果表明:在钎焊过程中熔融的al基钎料与固态的az31b母材发生强烈的合金化作用,原始钎料中均一的mg32(al,zn)49相在钎焊后完全消失,同时在钎缝中生成α-mg、β-mg17(al,zn)12相。钎焊搭接接头的平均抗剪强度达到44mpa,对接接头的平均抗拉强度达到71mpa。接头的断裂形式为沿晶脆性断裂,断裂产生在β-mg17(al,zn)12硬脆相处。

在镁合金az31b表面通过预镀锌处理后采用无机熔盐电沉积铝锰合金.使用sem、edx和xrd分析镀层的表面形貌、成分和组织,采用动电位极化曲线及表面显微硬度测量考察了镀层对镁合金耐蚀耐磨性的影响。结果表明,熔盐成分、电流密度和熔体温度等典型工艺参数对铝锰合金镀层的形貌、成分和组织都具有重要的影响,进而影响了镀层的耐蚀性。镁合金电镀铝锰合金后,腐蚀电位有很大的提高,而腐蚀电流密度大幅度的下降;同时铝锰合金镀层表现出很高的硬度,显著的提高了镁合金的耐蚀耐磨性。

对az31b镁合金中心缺口试样进行激光喷丸强化(lsp)处理,并进行拉-拉疲劳试验。通过研究激光喷丸前后表面完整性的变化规律,发现喷丸后az31b试样以滑移和孪生两种方式产生塑性变形,表面及深度方向显微硬度较基体提高50%左右,喷丸区表面残余压应力值达到-126.29mpa,晶粒内部出现大量滑移线和孪晶,晶粒明显细化。通过测量加载点轴向载荷和轴向位移分析了激光喷丸前后的疲劳性能,并比较激光喷丸前后疲劳断口形貌特征,发现喷丸后试样表面没有产生明显的疲劳裂纹源,残余压应力使裂纹尖端的实际应力强度因子降低,提高了疲劳裂纹萌生和扩展抗力,疲劳裂纹扩展路径较未处理试样更为曲折,最终断裂区韧窝尺寸比未喷丸件更大更深,表明激光喷丸后试样的塑性有所提升。

采用交流tig焊对2.0mm厚的变形镁合金az31b薄板进行焊接试验,利用扫描电镜、能谱分析、剪切试验对焊接接头的显微组织、元素分布、断口形貌、接头强度等进行分析。结果表明,焊缝区镁元素存在一定的氧化烧损,焊缝剪切强度为21mpa,剪切强度值较低,焊缝接头断口有明显的河流花样,呈现脆性准解理断裂形式。

采用变极性等离子方法焊接az31b镁合金,研究了焊接接头的微观组织、元素分布、断口形貌、接头强度和硬度等。结果表明,az31b镁合金变极性等离子加丝焊接接头没有明显的热影响区,焊缝成"v"字形;接头成形良好,焊缝为细小的等轴晶,没有发现大面积区域偏析,无脆性相mg17al12,但有al、mn相;焊接过程镁元素含量变化导致焊缝中铝含量的升高,而mn、zn元素含量基本不变;拉伸试验断裂在熔合区,断口表现为混合断裂,没有气孔和裂纹;焊缝硬度大于母材但小于熔合区硬度,沿熔深方向硬度没有明显变化。

采用德国进口3gnp400st交流缝焊机对镁合金az31b进行焊接试验,分析了不同焊接电流下熔核区和热影响区微观组织变化情况,得出镁合金缝焊焊接接头组织变化的一般规律及性能变化情况;观察和分析了母材和焊接接头的断口形貌。

为了研究az31镁合金的焊接性,对az31镁合金板进行交流钨极氩弧(tig)焊.试验采用x-射线衍射仪、扫描电子显微镜、光学金相显微镜对试样的焊缝显微组织进行分析,并对不同焊接电流下的试样进行抗拉强度和硬度测试.研究发现:随焊接电流的增加,焊缝成形变差,晶粒逐渐粗化,同时易产生气孔和裂纹等缺陷,使接头性能降低;焊缝区由基体α-mg和附集于晶界的β-al12mg17两相组成.结果表明:焊接电流对az31镁合金接头的熔池形状及焊接质量有显著的影响.

az31b镁合金tig焊接接头疲劳评定局部法研究 【摘要】基于轻质高强及矿产资源丰富的优势,镁合金已逐渐成为 “陆海空天”交通运载装备中的重要结构材料。这些运载装备都是焊 接结构,大部分都承受疲劳载荷的作用,潜在的危害大多是由于焊接 接头疲劳失效引起的。而目前国内有关镁合金疲劳评定方法的研究还 处于空白阶段,因此,研究镁合金焊接接头疲劳性能及其评定方法对 镁合金结构的广泛应用与安全性具有重要的理论意义和实用价值。本 文主要采用有限元模拟手段研究az31b镁合金tig焊接接头疲劳评定 局部法中的临界距离法和临界面法,并将评定结果与疲劳试验结果进 行对比分析。通过疲劳试验分析对接接头、横向十字接头和纵向十字 接头三种接头型式的疲劳性能,观察不同接头型式的疲劳断裂位置, 并通过扫描电镜分析其断裂类型；采用临界距离(cdm)法对对接接头、 横向十字接头和纵向

采用交流和直流两种方法对az31b镁合金进行了电阻点焊,分析了接头的组织形态。结果显示,焊点熔核中心为细小的等轴晶,结晶后的组织为非平衡凝固产生的远离平衡态的组织,在先共晶α-mg相上析出β-mg17al12离异共晶体;直流点焊中加大电极压力使得焊点热影响区组织形态由等轴晶转换为树枝晶;交流点焊规范的改变不引起焊点组织形态的变化,只是影响析出相的数量

镁合金az31b钎焊用焊剂及钎焊料——镁合金az31b钎焊用焊剂及钎焊料

对活性化焊接(a-tig)方法在镁合金焊接中的应用进行了初步的探讨。选取tio2作为活性剂,研究了单一活性剂tio2对镁合金焊接后微观组织的影响。试验结果表明,涂敷单一活性剂tio2可以使焊缝熔深比常规的tig焊增加2倍。与未涂敷活性剂的焊缝相比,涂敷tio2活性剂可以增大焊接的熔深,减小熔宽。

以zn基钎料对变形镁合金az31b进行了高频感应钎焊,研究了钎焊接头的钎缝物相及力学性能。采用扫描电镜、x射线衍射仪、x射线能谱分析仪等分析了钎焊接头的界面组织及钎缝物相,测试了钎焊接头的强度及钎缝组织的显微硬度。结果表明:钎料与母材发生界面反应,在钎缝中生成α-mg,γ-mgzn相。钎焊搭接接头平均抗剪强度为55mpa,对接接头平均抗拉强度为77mpa。接头的主要断裂形式为沿晶脆性断裂,断裂主要产生在α-mg+γ-mgzn共析体组织处和α-mg基体与α-mg+γ-mgzn共析体组织的界面处。

采用光纤激光焊接az91d镁合金,借助金相显微镜、x射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜分别对焊接接头的微观组织结构、相组成、断口形貌进行分析。结果表明:光纤激光焊接az91d镁合金,能够得到无明显缺陷的焊接接头,焊缝组织为细小的柱状晶组织,接头热影响区小。焊缝组织由过饱和α-mg固溶体和al2mg相组成,焊缝金属冷却速度较快,没有β-mg17al12脆性相析出。α-mg晶内和晶界上有少量al2mg析出物,且存在大量位错线和位错胞。断口特征为韧脆混合断裂形式,有微小裂纹存在。

采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计等测量方法,观察分析了铝锂合金钎焊前后母材和钎焊接头的显微组织变化,通过分析测试钎焊接头的显微硬度和断口微区的化学成分,研究分析了钎焊接头强度的变化规律。结果表明,焊后母材中的强化相由质点转变为板条状;氮气保护条件下,钎焊接头未见气孔、夹杂、裂纹等缺陷,钎焊接头存在一定的扩散区,从而有效地提高了钎焊接头的强度;无氮气保护的条件下,钎焊接头有大量的缺陷存在,这些缺陷的存在严重影响了钎焊接头的强度。

采用非线性结构分析,并建立热-结构耦合的有限元单元模型,对6mm厚az31b镁合金无填丝的电子束堆焊温度场的分布及焊缝形貌进行了数值模拟。焊接热源采用高斯旋转曲面体热源,可以较真实的呈现出电子束焊温度场变化情况;通过对比模拟焊缝形貌与试验所得焊缝形貌表明,该模拟较好地体现出电子束深熔焊所具有的钉子型焊缝的特点;热电耦所测温度和模拟温度场结果基本一致。

AZ31镁合金TIG焊横向十字接头疲劳性能研究

通过az31b镁合金板材高温拉伸实验,分别讨论了成形温度、应变速率以及各向异性对镁合金流变的影响。实验结果表明,温度越高、应变速率越低,镁合金的塑性越好;取样方向与轧制方向成45°时,由于在此方位孪生取向因子最大,因而该方向的塑性很高,与0°方向塑性基本相同。对变形后的镁合金进行金相组织观察发现,250℃时镁合金显微组织几乎都是由细小的等轴晶粒组成,优于其他温度下的显微组织;结合温度对镁合金流变的影响,确定镁合金的最佳温成形温度为250℃。依据实验数据建立了两种硬化本构模型,即fields-backofen模型和指数模型。分别将两种模型预测结果与实验数据对比表明,采用指数模型能更好的预测镁合金温成形流变应力。

为研究nz30k稀土镁合金和az31镁合金的异种材料激光焊接,对采用co2激光焊成的az31与nz30k异种对接焊接头组织和性能进行了分析。在激光功率为4～5kw,焊接速度为4m/min时获得了成形良好的异种镁合金焊接接头。对获得的焊接接头进行了接头组织分析、焊缝区合金元素分布及析出相的分析及接头硬度和拉伸性能的测量。金相观察发现,异种镁合金激光焊缝是两种母材的熔合,在宏观上两种母材成分未完全混合在一起,且相应成分的组织区域呈波浪状夹杂态。x射线衍射(xrd)检测显示焊缝中存在α-mg、mg17al12及mg12nd等相组织。扫描电镜(sem)观察进一步显示了焊缝区存在着不同化学成分区域,焊缝晶粒显著细化。接头元素分布情况表明焊缝合金元素的分布由一侧熔合线至另一侧熔合线存在明显的浓度梯度。焊缝硬度不低于母材硬度;接头抗拉强度为169mpa,低于两种母材的抗拉强度。