镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响

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1、第39卷第8期焊接学报Vol.39(8):006−0102018年8月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONAugust2018镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响王希靖，车文斌，刘骁，张亮亮(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)摘要：对DP600镀锌钢板和AZ31B镁合金板进行无匙孔搅拌摩擦搭接点焊试验，利用正交试验确定影响因素主次和最优试验方案，在最优焊接工艺下接头的拉伸载荷达到10.1kN.通过分析接头宏观、微

2、观形貌及界面元素分布，探讨不同工艺参数对接头元素扩散程度的影响，结果表明，搅拌区镁钢存在“弯钩”状的机械互锁结构，形成牢固的机械连接；扩散区镁钢发生了元素扩散，最优工艺参数下扩散层厚度为8μm；在一定的范围内，增大搅拌头转速、轴肩下压量和搅拌针伸出量，可以促进元素之间的扩散，提高接头连接性能.关键词：DP600镀锌钢；AZ31B镁合金；搅拌摩擦点焊；机械连接；元素扩散中图分类号：TG453文献标识码：Adoi：10.12073/j.hjxb.20183901910序　　言板和3mm厚的AZ31B镁合金板进行搭接点

3、焊试验，基于镁合金的塑性较差，匙孔的回填效果较差，故选搅拌摩擦点焊(frictionstirspotwelding,FSSW)择钢板在上，镁板在下的搭接方式[11].采用在不同是基于搅拌摩擦焊(FSW)新近研发的一种新的焊的焊接工艺参数(搅拌头转速、轴肩下压量和搅拌接方法，因其具有经济、高效等众多优点能够代替针伸出量)组合下，对镁钢异种金属进行无匙孔搅拌传统点焊方法用于汽车工业，尤其在焊接轻质合金摩擦点焊，并进行力学性能测试.利用正交试验，确时具有工艺简单、清洁、接头质量高等优势，具有非定上述三种工艺参数影响的主

4、次因素并确定最优常高的应用价值和市场潜力[1-2].方案.采用WE-100型万能材料试验机测试点焊接头现有的FSSW有两种形式[3]，一种形式是日本的剪切力，并对不同参数下的点焊接头进行扫描电子川崎和日本马自达公司共同研究开发的，其焊后工显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及能谱分析(EDS)，件的外形特征是在工件上形成一个匙孔；另一种是探讨工艺参数对镁钢点焊接头元素扩散程度的影响.由德国GKSS研究所和Riftic公司研究开发的，它完全消除了用日本FSSW形式所形成的焊点匙孔，1试验方法焊点表面与工件表面基本

5、齐平，外形美观，接头强度也明显改善.后者虽然能完成无匙孔的点焊接试验用1mm厚DP600镀锌钢板和3mm厚头，但其只是针对轻质合金的无匙孔焊接[4-7].镁合AZ31B镁合金板尺寸均为150mm×50mm，两种材金是现代工业用合金中密度最轻的合金之一，具有料的供货状态均为轧制成形，其搭接方式如图1所较高的强度质量比[8].DP600双相钢具有高强度、示，两种材料的化学成分如表1与表2所示.高成形性等性能，尤其适用于汽车车体的制造[9].150镁合金的广泛应用必将涉及与其它金属的连接问题，镁与钢的连接就是其中之一[

6、10].50镁合金钢板试验采用最新自行设计与加工制造的工作台可50旋转无匙孔FSSW机构对1mm厚的DP600镀锌钢收稿日期：2017−04−11图1搭接方式示意图(mm)基金项目：国家自然科学基金资助项目(51265030)Fig.1Schematicoflapjoint第8期王希靖，等：镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响7表1试验用DP600镀锌钢板化学成分(质量分数，%)试验在实验室新研制设备上进行，新设备的焊Table1ChemicalcompositionsofDP600接原理与实验室原

7、有设备不同，原有设备的工件通CMnSiCrNi过夹具固定在工作台上，在焊接过程中工件不旋0.111.60.1820.340.027转，而新设备的工件通过夹具固定在一个可旋转的工作台上，其焊接过程分为三个阶段.(1)搅拌针插NbTiVMoFe入；(2)当轴肩下压量到达设定值，保压结束后，工0.00370.0020.00350.098余量作台开始平移1mm，同时固定工件的工作台开始转动，且搅拌针开始回抽，工作台平移与旋转产生表2试验用AZ31镁合金化学成分(质量分数，%)Table2Chemicalcompositi

8、onsofAZ31magnesiumally新的塑性变形金属，这些金属正好填充搅拌针回AlZnMnNiSiFeMg抽在工件里形成的空腔，当搅拌针回抽到与轴肩一3.010.90.50.0050.040.005余量个平面时，匙孔被填充完毕，得到无匙孔焊点；(3)最后工作台停止旋转，搅拌头整体上升，完成焊在不同的焊接工艺参数(搅拌头转速、轴肩下接.该焊机与原有设备相比得到的无匙