基于cmt焊接能量输入过程控制的镁-铝异种金属焊接研究

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1、天津大学博士学位论文基于CMT焊接能量输入过程控制的镁/铝异种金属焊接研究StudyonCMTWeldingProcessofMg/AlDissimilarMetalsBasedontheControlofEnergyInputProcess一级学科：材料科学与工程学科专业：材料加工工程作者姓名：王鹏指导教师：胡绳荪教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其它人

2、已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）

3、学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要随着工业领域轻量化要求的不断提高，通过焊接的方法对镁合金和铝合金进行连接从而形成镁/铝复合结构具有迫切的需求，镁/铝异种金属焊接接头强度低的问题亟需解决。革新的冷金属过渡焊接方法（CMT）具有低热输入特点，通过对焊接能量输入过程的控制可以抑制脆硬相金属间化合物的生成，有助于解决工程应用中镁/铝异种金属焊接的问题。但是，焊接能量输入过程对镁/铝异种金属CMT焊接组织和性能的影响研究未见报道。本文基于对CMT焊接能量输入过程的分析，研

4、究了焊接能量输入过程对镁/铝异种金属CMT焊接的影响，着重讨论了焊接接头镁铝金属间化合物层组织结构特征与抗拉强度之间的关系。采用铝焊丝进行镁/铝异种金属CMT焊接时，焊接接头镁侧熔合区形成了层状分布的镁铝金属间化合物过渡区域并由Mg2Al3、Mg17Al12、Mg17Al12+α-Mg共晶组织三个过渡层组成。根据透射电子显微分析，确立了镁铝金属间化合物层的物相组成，给出了通过成分组成划分过渡层的依据，阐明了三种镁铝金属间化合物晶体结构与强度的关系。CMT焊接方法具有显著差异的四种能量输入模式。变极性C

5、MT焊和变极性CMT脉冲复合焊中，负极性CMT与正极性CMT或脉冲相比具有更低的热输入，有助于抑制镁铝金属间化合物的生成。基于CMT焊接特征参数对焊接过程的影响研究，提出了CMT周期焊接能量输入过程控制方法。变极性CMT焊接中，随着负极性CMT周期比率的增加，焊接能量逐渐降低，镁铝金属间化合物层厚度逐渐减小，焊接接头抗拉强度逐渐增加；随着正、负极性连续周期个数的增加，焊接能量基本保持不变，变极性CMT焊接接头抗拉强度无明显变化，而变极性CMT脉冲复合焊接接头抗拉强度呈现先增大后减小的变化规律。另外，进

6、行了镁焊丝镁/铝异种金属CMT焊接研究，获得了类似熔钎焊的焊接接头，铝侧焊接界面在原子扩散作用下形成了层状分布的镁铝金属间化合物过渡区域，并具有与铝焊丝焊接接头镁铝金属间化合物过渡区域相似的组织结构。焊接接头抗拉强度与镁铝金属间化合物过渡层组织结构特征息息相关，取决于三个过渡层的最低强度，降低各个过渡层的厚度尤其是Mg2Al3过渡层的厚度有助于提高接头强度。通过对焊接能量输入过程的控制可实现对镁铝金属间化合物层组织结构特征的控制，将Mg2Al3过渡层厚度限制在10µm以下，有助于获得良好的镁/铝异种金

7、属CMT焊接接头。万方数据关键词：冷金属过渡焊；镁/铝异种金属；过程控制；金属间化合物；界面特征；透射电子显微分析万方数据ABSTRACTWiththecontinuouslyincreasingrequirementoflightweightconstructions,therearealargenumberofMg/Alhybridstructuresrequiredtobeweldedintheindustrialfield.TheproblemofdissimilarweldingofMg/A

8、lalloyshastobesolved.Coldmetaltransfer(CMT)hastheexcellentcharacteristicoflowenergyinput.Withtightlycontrolledtheenergyinputprocess,CMTissuitedtocontroltheformationofhardandbrittleintermetalliccompounds(IMCs)whicharedetrimentalto