镁合金低功率激光氩弧复合焊接技术的研究

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1、大连理工大g-t目t士学位论文摘要镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和抗辐射性能好以及易回收等一系列优点，被称为二十一世纪的绿色工程材料，在航天航空、汽车、电子等领域具有巨大的应用潜力。我国作为镁资源大国，镁合金的产业化应用已成为国家科技战略发展目标之一。在镁合金的产业化应用过程中，连接技术始终是关键。因此开发优质、高效、节能、降耗的镁合金先进连接技术已成为国内外研究的热点。镁合金低功率激光一电弧复合热源焊接技术的研究便是在这种背景下产生的。1．提出镁合金低功率激光一氩弧复合热源焊接工艺，采用500W掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)固体脉冲激光器与钨极

2、交流电弧(以下简称11G)相复合，建立复合热源焊接系统。以AZ31B、AZ61、AZ91D镁合金为主要研究对象，进行镁合金低功率复合热源焊接工艺研究，系统分析焊接参数对镁合金焊缝成形以及激光与电弧复合增强效果的影响。试验结果表明，采用低功率激光．氨弧复合热源焊接技术能够实现AZ31B、Az61、Az91D镁合金良好连接，焊接接头表面成形连续致密，没有飞溅、裂纹、气孔等表面缺陷。在优化的工艺条件下，低功率激光一电弧复合热源焊接接头熔深可达TIG焊接接头熔深的2倍，激光单独焊接的4倍以上；焊接速度可达11G焊接速度的3～5倍，能够实现镁合金的高效、低成本连接。通过

3、分析激光与电弧相互作用形态发现，在低功率复合热源焊接过程中，激光脉冲与焊接电弧之间存在三种作用方式，即激光脉冲分别作用于交流电弧正半波、负半波及交流电弧过零点处。根据此现象提出镁合金低功率激光与交流电弧相互作用模型。根据工艺试验结果以及激光与电弧相互作用特点，首次提出镁合金低功率激光诱导交流电弧负半波放电理论。2．利用现代化分析检测手段分析同种和异种镁合金复合热源焊接接头的微观组织和力学性能。镁合金焊接接头微观组织观察发现，由于复合热源焊接工艺具有焊接速度快，热输入小等特点，镁合金具有高的热传导率，因此镁合金复合焊接接头呈典型的铸态激冷组织，焊缝由细小等轴晶组

4、成。Az31B焊接接头无明显的热影响区存在，而Az6l、AZ91D焊接接头发现存在较宽热影响区。这是因为在Al含量较高的镁合金焊接接头中存在大量低熔点的9(M勖7All2)相，根据J3(Mgl7A112)相析出的数量和形态，本文将AZ91D镁合金焊接接头热影响区分为三部分，即晶界浮凸区(I)、粒状B相析出区(II)、带状B相形成区(r11)。镁合金复合焊接接头具有优良的综合力学性能，以AZ31B为例，镁合：金AZ31B复合焊接接头的拉伸强度可达到母材的95％,--,100％，疲劳强度与母材的疲劳强度相当。AZ31B与AZ61和AZ91D异种镁合金复合热源焊接接

5、头的微观组织均匀，由细小等轴晶粒组成，焊接接头的拉伸强度略高于AZ31B镁合金母材。宋刚：镁合金低功率激光—氲弧复合焊接技术的研究3．镁合金高速焊接过程中容易产生气孔，气孔的存在不仅削弱焊缝的有效工件截面，同时也会带来应力集中，对焊接接头性能产生重要影响。复合热源焊接过程中，焊接熔池存在空气侵入区以及激光束将空气及保护气体卷入到焊缝熔池的底部，从而形成宏观气孔。根据复合热源焊接特点以及镁合金自身的特性，本文构建了镁合金复合热源焊接气孔形成过程模型。依据气孔产生原因，设计了两种激光束气体保护方式，即同轴气体保护和侧向气体保护方式。通过分析两种气体保护方式对电弧形

6、态、焊缝气孔数量的影响，提出镁合金复合焊接激光柬侧向气体保护方法，该方法能显著降低镁合金焊接接头气孔含量。4．利用数值模拟和红外测温相结合的方法，开展镁合金复合热源焊接温度场研究。即利用红外测温方法所获得的弧光干扰区外的准确温度场信息校正数值模拟计算参数、材料物性参数，获得完整的镁合金复合焊接温度场。通过对比焊接热循环曲线、熔池形状，验证了该种方法的可行性与准确性。关键词：镁合金；焊接；低功率激光一氩弧复合热源；红外温度测量；数值模拟大连理工大学博士学位论文ResearchonLow-PowerLaser-TungstenInertGas(TIG)Hybrid

7、WeldingTechnologyofMgAlloyAbstractForthecharacteristicsoflowdensity，highspecifics：仃ength,goodelectromagneticshielding，anti-radiationandreeycleable，Mgalloysal'epraisedofthegreenengineeringmaterialin21“century,whichhaverecentlyattractedgreatattritioninacadernicresearchandindustryappli

8、cation．Applications