az31镁合金tig焊焊接接头组织和性能探究

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1、AZ31镁合金TIG焊焊接接头组织和性能探究　　中图分类号：TG146.22文献标识码：A文章编号：1007-0745（2013）09-0070-03摘要：本文研究了AZ31镁合金TIG焊焊接接头的冲击性能，并且结合焊接接头各区域组织及冲击断口形貌进行了分析。冲击试验表明，焊缝中心冲击韧性最大，原因是大小均匀的焊缝晶粒增加了其抗脆断能力，而热影响区典型的过热组织使得该处的冲击韧性值变小，热影响区成为冲击断裂的薄弱环节，冲击试样断口形貌不仅有准解理的特征，而且还出现了许多小韧窝，有了韧性断裂的痕迹。关键词：AZ31镁合金冲击性能显微

2、组织断口形貌镁合金因其密度小、比强度和比刚度高、电磁屏蔽性、抗震性、阻尼性好及易于机械加工等优点被广泛应用于工业领域，是目前被国内外重新认识并积极开发的一种新型环保材料，被誉为21世纪最具生命力的新型环保材料[1～4]。随着镁合金作为结构件的广泛应用，焊接问题越来越受到人们的重视。焊接接头是焊接结构的重要组成部分，其性能的好坏与焊接结构的性能和安全等方面有着直接的关系。7本文以AZ31镁合金板材为研究材料，研究了其焊接接头在冲击载荷下的力学性能，为镁合金在更广泛范围内应用，尤其在较大零部件、较大型结构和焊接结构的应用，提供基础理论

3、支持。1试验材料和方法1.1试验材料试验材料采用AZ31镁合金板材，板厚8mm，其化学成分见表1。表1AZ31镁合金化学成分（wt，%）1.2试验方法1.2.1焊接接头冲击试验焊接试板采用8mm厚AZ31镁合金板材，采用填丝（AZ31型镁合金焊丝）交流TIG焊。焊接接头采用双面开坡口，如图1所示。焊接时的工艺参数分别为：电压U=22～24V，电流I=170A，焊接速度v=85mm/min，气体流量Q=7.5L/min。焊后，根据我国国家标准GB2650-89《焊接接头冲击试验方法》对焊接试板焊接接头不同位置取样（取样图如图1所示）

4、，以将要开缺口位置（冲击位置）为中心进行取样，缺口位置分别为焊缝中心及距焊缝中心一定距离t（图中t=0、2、4、5、6、7、8、9、10、11mm）的位置，分成10组，每组3个试样，进行冲击试验，目的是研究AZ31镁合金焊接接头不同位置在冲击载荷作用下的性能。图1焊接接头截取冲击试样示意图7冲击试验在摆锤式冲击试验机上进行。冲击试样如图2所示，按照GB2650-89《焊接接头冲击试验方法》加工成CharpyV型缺口，由于试验材料尺寸所限（接头厚度8mm小于标准试验厚度10mm），所以按小尺寸试样（试样断面7.5mm×10mm）加工

5、，这种试样的断口截面积F=0.75cm×0.8cm=0.6cm2。试验温度为常温（20℃）。图2CharpyV型缺口冲击试样1.2.2金相观察利用NIKO金相显微镜，带数码相机照像功能，对试样进行显微组织观察及拍摄，最大放大倍数为400倍。1.2.3断口观察用JSM-6700F场发射扫描电子显微镜对冲击断口进行观察，分析断口形貌。2试验结果与分析2.2冲击试验结果常温下AZ31镁合金焊接接头CharpyV型缺口试样冲击吸收功示于表2，冲击韧性akv=Akv/F（1）式中Akv为冲击吸收功（J）；F为试样断口截面积（cm2），F=0

6、.75cm×0.8cm=0.6cm2，计算结果也示于表2。表2焊接接头CharpyV型缺口试样冲击结果7注：①数据均为三个试样的平均值；②试验机吸收功单位为Kgf·cm，本表数据系换算而得，1Kgf·cm=0.09807J。图3为根据表2冲击韧性做出的焊焊接接头不同位置的冲击韧性曲线。在焊缝中心冲击韧性最大，为8.66J·cm-2，然后随着冲击位置离焊缝中心的距离增大，冲击韧性迅速减小，在冲击位置距离焊缝中心4mm左右（熔合线处）时达到最小值，然后再随着冲击位置离焊缝中心的距离增大，冲击位置距离焊缝中心超过4mm后迅速增大到一定值

7、，然后再缓慢下降，最后趋于平缓。图3冲击韧性变化曲线2.3金相组织图4是焊接接头各区域金相照片，由图4（a）可以看出，AZ31镁合金焊接接头热影响区是典型的过热组织，晶粒较粗大（>25m），易造成脆化；由图4还可以看出，焊缝区的晶粒明显比母材（晶粒尺寸5～50m不等）和热影响区的均匀，是典型的铸造急冷组织，由等轴晶组成，晶粒尺寸约为25m。焊缝区均匀的等轴晶组织使得焊缝的抗脆断能力提高，而热影响区典型的过热组织使得该处的冲击韧性值变小，这与实际测得的冲击韧性值结果相符。实际应用的该种焊接接头，热影响区成为冲击断裂的薄弱环节。2.4

8、冲击断口形貌7受冲击时，裂纹总是在试样的最薄弱部位（通称为应力集中区）形成，试样缺口底部承受拉应力，而试样与摆锤接触的一端承受压应力，裂纹从受拉应力的缺口位置开始扩展，裂纹沿着阻力最小的路径进行直至完全断裂。AZ31镁合金焊接接头V型缺口冲击试样断