镁合金冷金属过渡电弧堆焊的研究

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1、镁合金冷金属过渡电弧堆焊的研究Studyoncladdingofmagnesiumalloysemployingcoldmetaltransferwelding学科专业：材料加工工程研究生：张恒指导教师：胡绳荪教授天津大学材料科学与工程学院二零一五年十二月摘要摘要镁合金有着高比强度、低密度、优良的电磁屏蔽性能、高热导率和易于回收等特点，在交通运输、航天航空、军事领域有着很好的应用前景。但是由于镁合金较差的耐磨性和较差的耐腐蚀性，使得镁合金部件容易在服役过程中磨损、腐蚀因而提早进入报废期。堆焊作为再制造中一种重要的技术手段，是修复破损零件非常有效的方法，它可以恢复部件的

2、原有形状和性能，因而延长产品的服役时间并且节省成本。本文主要探究了CMT焊接方法在镁合金堆焊方面的应用，从而为镁合金CMT再制造技术奠定工艺基础。研究了CMT焊接参数对焊接过程稳定性的影响；焊接热输入对CMT堆焊层组织及性能的影响；最后采用优化的工艺参数成功地实现了镁合金CMT多道堆焊。由于采用的CMT设备中没有镁合金焊接专用程序，因此采用了铝合金的CMT焊接程序。研究结果表明，CMT焊接过程稳定性随着送丝速度的增加而变差。在DC-CMT模式下，当送丝速度不超过5m/min时，焊接过程是稳定、无飞溅的；在pulsed-CMT模式下，当送丝速度不超过4m/min时，焊接

3、过程稳定，焊缝成形美观。当送丝速度较高时，熔滴在电弧空间内蒸发，推测在蒸发镁原子的反作用力下，熔滴偏离焊丝轴线，形成了排斥过渡现象，焊接过程稳定性变差。pulsed-CMT模式，4m/min送丝速度时，焊接过程稳定性好，堆焊层润湿性好，适合镁合金部件的修复。在pulsed-CMT模式下，4m/min的送丝速度下，焊缝区由α-Mg和β-Mg17Al12组成，热影响区晶粒粗化，晶界变宽。当焊接速度不低于14mm/s时，焊缝区易出现较多气孔；当焊接速度不高于8mm/s时，热影响区易出现液化裂纹；在热影响区因局部熔化导致其中的共晶α-Mg较α-Mg含有更多的Mg和更少的Al；

4、而在焊缝区，共晶α-Mg较α-Mg含有更少的Mg和更多的Al。本试验条件下pulsed-CMT模式，送丝速度4m/min，焊接速度12mm/s是适合于镁合金多道堆焊的优化的焊接参数。在优化的焊接参数下，道间距为5mm进行多道堆焊时，CMT堆焊成形良好。道间组织出现了明显的长大。道间热影响区出现了组织的进一步长大，β相发生了团聚长大，开始呈现出长条状，而非道间热影响区的β相多呈点状。采用CMT焊接方法获得的堆焊层的耐蚀性不低于母材的耐蚀性。关键词：电弧特性，显微组织，耐腐蚀性，CMT，AZ31镁合金AbstractAbstractMagnesiumalloyshavec

5、haracteristicssuchashighspecificstrength,lowdensity,excellentelectromagneticinterferenceshieldingproperty,highthermalconductivityandeasyrecyclability.Theyofferapromisingpotentialforuseinautomobiles,aircraftsandmilitaryweapons.However,componentsofmagnesiumalloysaresusceptibletowearanddam

6、ageovertimeandreachtheir“endoflife”stageprematurelyduetotheirpoorwearresistanceandpoorcorrosionresistance.Cladding,asanimportantwayofremanufacturing,hasemergedasaneffectivepracticetorestoreshapeandfunctionalityofdamagedcomponents,thusprolongingtheservicetimeofthedamagedcomponentsandgrea

7、tlyreducingthecost.ThispaperexploredthefeasibilityandapplicationofCMTincladdingofmagnesiumalloys.Firstly,theeffectsofCMTweldingparametersonweldingstabilitywereinvestigated.Secondly,theeffectsofheatinputonthemicrostructuresandpropertiesofcladdingwerestudied.Lastly,asuccessfulmul