镁-裸钢板异种金属冷金属过渡熔钎焊连接机理

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1、第37卷第5期焊接学报Vol．37No．52016年5月TＲANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMay2016镁－裸钢板异种金属冷金属过渡熔钎焊连接机理11211朱海霞，曹睿，李雅范，林巧力，陈剑虹(1．兰州理工大学有色金属先进加工与再利用省部共建国家重点实验室，兰州730050;2．哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨150000)摘要:以AZ61镁合金焊丝为填充材料，对AZ31B镁合金/Q235裸钢板进行冷金属过渡熔钎焊试验研究，分析不同工艺参数对焊缝成形和力学

2、性能的影响．并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理．研究结果表明:随着送丝速度的增加，接头最大抗拉载荷先升高后降低，当焊缝宽度较大时，断裂易发生在镁的热影响区，其最大抗拉载荷可达6kN以上;焊缝及镁合金中的Al原子通过焊接过程扩散到界面上形成很薄的Fe-Al相反应层，从而实现了镁、裸钢板的有效连接．关键词:冷金属过渡焊;镁/裸钢板;接头强度中图分类号:TG456．9文献标识码:A文章编号:0253－360X(2016)05－0077－040序言1试验方法镁合金作为最轻的结构金属材料以

3、其具有独特1．1试验材料［1］的性能如比强度高、能量衰减系数大等优点，使得试验所采用的材料为AZ31B镁合金以及Q235其在汽车工业上的应用优势远远超过其它材料．目裸钢板，焊件尺寸为100mm×200mm×1mm;焊丝［1］前，汽车工业轻量化已成为主流的发展方向，如能型号为AZ61镁焊丝，直径为1．2mm．实现镁/钢有效的连接，不但可以更好的发挥镁合金1．2试验装置及方法在工业中的应用潜力而且可促进汽车、轨道客车等采用Fronius公司生产的TPS3200系列数字化交通装备轻量化并节约能源．CMT焊机对

4、镁合金和裸钢板进行搭接焊．焊前先用镁和钢之间的物理性能差异很大，同时镁、钢相钢丝刷将裸钢板和镁合金试件表面的氧化膜去除，互之间的固溶度极低，不发生化学反应．目前，关于再用丙酮和酒精去除镁合金和裸钢板上的油污和水［2］［3］镁/钢焊接研究如激光焊、搅拌摩擦焊、扩散渍．将表面处理干净的试样组合成搭接接头(裸钢板［4］焊等，主要以添加中间层为主，让其中间层和镁、在下，镁合金在上)，采用高纯氩气作为保护气体，冷钢发生化学反应以实现连接，但衍生的另一问题是金属过渡(CMT)一元线性系统进行焊接．焊接装置熔化钎料发

5、生反应后生成的金属间化合物与钢基体如图1所示．试验所用的焊接工艺参数如表1所示．物理性能差异大，容易剥离，造成界面结合强度的降低．此外，镁合金焊丝还会因镁蒸发、合金元素烧损等问题带来缩孔、过烧等缺陷，造成表面成形不良．因此有必要通过采用合适可控的热输入来获得较好的焊缝成形，并保证界面充分结合．文中采用冷金属过渡(CMT)焊接技术对AZ31B镁与Q235裸图1焊接装置图(mm)钢板进行搭接焊研究，从焊缝形貌、微观组织及其力Fig.1Schematicdiagramofweldingdevice学性能几方面

6、进行分析，为镁和裸钢的连接提供一定的理论基础．采用Y-500型X射线衍射仪、JSF-6700F型扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)以及CSS-2205型电子万能拉伸试验机分别对接头的微观组织以及力学收稿日期:2014－07－12性能进行测试分析．对于焊接接头力学性能的分基金项目:973计划前期研究专项(2014CB660810)，国家自然科学基金资助项目(51265028)析，参照GB/T2651-1989《焊接接头拉伸试验方法》78焊接学报第37卷用线切割机切成标准拉剪试样．如图2所示．好的润湿

7、．结合上述形貌分析可知，随着送丝速度增加，焊接时热输入和填充的金属量增大，母材温度表1焊接工艺参数随之提高，焊缝填充金属润湿铺展能力也逐渐增加;Table1Weldingparameters当送丝速度增至10．5m/min时，焊接过程就会失送丝速度焊接速度电压电流载荷稳，出现大量飞溅并且镁板烧损严重，这使得焊缝宽序号v/(m·min－1)－1U/VI/AF/kNfv/(mm·s)度减少，反而不利于钎料的润湿铺展．16．058．4682．6026．558．7754．5437．059．4845．0547．5

8、510．0855．3258．0510．31025．5568．5510．41045．6879．0510．51085．9689．5510．31176．23910．0511．91306．441010．5512．51364．80图4润湿铺展能力与送丝速度的关系Fig.4Ｒelationshipbetweenwetting-spreadingabilityandwirefeedspeed2．2焊接接头的力学性能分析将切好的标准拉伸试样在常温下进行拉伸