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《上海交通大学》 2012年
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稀土镁合金NZ30K激光焊接及接头性能改善研究

戴军  
【摘要】:在镁合金工业化应用过程中,焊接接头质量是关键问题之一。论文研究镁稀土合金NZ30K与激光的相互作用机理;在非线性、大的温度梯度、快速加热冷却条件下,激光工艺参数对焊缝成形影响和对激光焊接接头组织的影响及变化规律;研究焊接接头焊接态,热处理态组织与性能之间对应关系,探讨其机理。研究成果不但具有重要的理论意义,同时解决了稀土镁合金保证焊接质量的技术难题,为工业化生产和应用提供了技术支撑。 本文研究了CO_2激光与镁稀土合金NZ30K的相互作用机理,计算NZ30K合金表面对于入射激光的吸收率。利用光谱仪及高速摄影机采集并观察焊接过程中等离子体的谱线信号及等离子体形态,估算等离子体温度,分析镁稀土合金焊接过程中等离子体的特性。试验结果表明,常温下镁稀土合金对于入射CO_2激光的吸收率为0.036。使用高的激光功率,对镁合金表面进行毛化处理可以增加镁稀土合金NZ30K对于CO_2激光的吸收率。侧吹保护气体氦气流量对于激光等离子体的影响显著。对于内径6mm的侧吹气体喷嘴,等离子体温度随侧吹气体流量增加呈现先减少后增加的趋势,当气体流量30L/min时,对等离子体的冷却效果最好。研究了多个焊接参数(激光功率、焊接速度、离焦量等)对镁稀土合金焊接成形的影响。镁稀土合金NZ30K激光焊接过程中当热输入量过大时会在焊缝中心位置产生热裂纹。10mm镁稀土合金板材在实验条件下当热输入量超过160J/mm时则产生热裂纹。热裂纹主要是由镁稀土合金中在晶界偏聚的低熔点脆性物Mg12Nd和激光焊接时焊缝受到的拉应力共同作用引起的。采用高功率CO_2激光器通过合适的工艺参数焊接能够实现镁稀土合金NZ30K的良好连接,焊接接头表面成形连续致密,没有裂纹、气孔等缺陷。 利用OM、SEM、TEM等手段分析镁稀土合金NZ30K激光焊接接头的微观组织并测试了接头的力学性能。揭示镁稀土合金激光焊接工艺参数、焊接接头组织及力学性能之间的对应关系。焊缝组织由大量细小等轴晶组成,晶界处主要为Mg12Nd,焊接接头无明显的软化区存在。当热输入量为84J/mm时焊缝强度达到母材强度的80%。未熔透和气孔是导致焊缝抗拉强度降低的主要原因。 热处理对于镁稀土合金NZ30K激光焊接接头组织和性能具有重要的影响。采用不同的工艺参数对得到的焊缝组织进行热处理,利用透射电镜观察研究焊缝典型时效处理后的组织,并对不同热处理后的焊接接头力学性能进行测试,揭示焊缝中稀土析出相的时效析出过程及对焊接接头的强化机制。采用理论计算和实验结果相结合的方法研究了不同形貌析出物对于NZ30K激光焊接焊缝组织强化作用的大小。通过实验发现,焊缝时效处理后组织中有大量不同形貌的析出物。镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝时效沉淀析出过程应为Mg(SSSS)→G.P.区→β″(DO_(19))→β′(fcc)。β″与基体形成共格界面,而β′与基体形成半共格界面。通过理论计算得到焊缝组织时效之后不同形貌析出物导致的强化作用的大小,它们的比值为△τ棱:△τ杆:△τ球:△τ片=3.57:3.14:1.86:1。对于镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝组织,在较高的析出相体积分数下,垂直于基面的棱柱面片状析出相的强化效果最好,而平行于基面的片状析出相强化效果最弱。析出物强化对于热处理后焊接接头强度的增加起主要作用,在200℃时效8小时后接头强度达到最大,抗拉强度可达273MPa,比未热处理的焊接接头强度增加了70%。 采用浸泡腐蚀和电化学测试方法研究不同状态下的镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝组织的腐蚀性能,分析产生不同腐蚀速率的原因,建立NZ30K焊缝腐蚀机理模型,揭示稀土元素在提高NZ30K激光焊接焊缝组织耐蚀性能中的作用。实验结果表明,焊缝耐腐蚀性能优于母材的耐腐蚀性能。焊缝组织固溶处理和时效处理之后的耐腐蚀性能比未热处理的焊缝组织耐腐蚀性能好。镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝组织中由于稀土元素Nd的存在,增加了α-Mg相的耐蚀能力,同时由于焊缝组织中包含大量细小的等轴晶,晶界处连续分布的Mg12Nd相可以阻碍腐蚀过程的进行,降低整个焊缝组织的腐蚀速度。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG456.7

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘红伟,周琦,朱军;镁合金焊接的研究现状及进展[J];兵器材料科学与工程;2005年03期
2 刘金华;王文先;张红霞;李晋永;许并社;;AZ31B镁合金TIG焊焊接裂纹的产生及其特征分析[J];兵器材料科学与工程;2008年02期
3 周婉秋,单大勇,曾荣昌,韩恩厚,柯伟;镁合金的腐蚀行为与表面防护方法[J];材料保护;2002年07期
4 师昌绪;李恒德;王淀佐;李依依;左铁镛;;加速我国金属镁工业发展的建议[J];材料导报;2001年04期
5 孙德新;孙大千;李金宝;李明高;殷世强;;镁合金焊接技术的研究进展及应用[J];材料导报;2006年08期
6 金云学,张二林,曾松岩,朱兆军;热处理对Ti-6Al-2C合金中TiC枝晶形貌的影响[J];材料工程;2001年08期
7 赵熹华;姜以宏;;点焊熔核“柱状+等轴”组织形成机理分析[J];金属科学与工艺;1989年Z1期
8 王喜峰,齐公台,蔡启舟,魏伯康;混合稀土对AZ91镁合金在NaCl溶液中的腐蚀行为影响[J];材料开发与应用;2002年05期
9 杜文博;吴玉锋;聂祚仁;苏学宽;左铁镛;;稀(碱)土在镁合金中的作用及应用现状[J];稀有金属材料与工程;2006年09期
10 程晓农;汝金明;莫纪平;许晓静;;固溶-大应变-后续热处理态AZ31镁合金的组织和性能[J];稀有金属材料与工程;2009年11期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 余琨;稀土变形镁合金组织性能及加工工艺研究[D];中南大学;2002年
2 王春明;基于多传感器的激光焊接质量实时诊断及其理论基础[D];华中科技大学;2005年
3 贾素秋;镁合金的腐蚀行为与防护[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 张刚;激光深熔焊接光致等离子体温度测量的试验研究[D];湖南大学;2004年
2 杨再贵;镁合金TIG焊裂纹形成机理及气孔敏感性研究[D];重庆大学;2005年
3 顾小燕;电弧等离子体辐射在焊接过程检测上的应用研究[D];中北大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张劲松;晶粒细化用铝钛硼线杆的对比分析[J];四川有色金属;2001年02期
2 刘静安,张林和;微量钪(Sc)对5A01合金性能与显微组织的影响[J];四川有色金属;2005年02期
3 祖方遒,王立跃,郑云清;白口铸铁焊补的工艺性研究[J];安徽工学院学报;1995年03期
4 江苏;15CrMo钢容器的焊接[J];安徽化工;2003年03期
5 李鹏;黄新民;吴进钱;吴玉程;杨明;秦兴国;;氮化铝添加量对Cu-AlN复合镀层腐蚀性能的影响[J];安徽化工;2010年S2期
6 林寿恩;双人双面TIG焊工艺在铝合金焊接中的应用[J];安装;1997年03期
7 齐玉宏;09MnNiDR钢焊接接头的低温韧性控制[J];安装;2000年05期
8 曾乐樵;加陶质衬垫CO_2气体保护焊气孔的形成和防治[J];安装;2001年02期
9 何峰,唐彬,蓝铧;高镍合金C276的焊接[J];安装;2005年05期
10 何龙庆;林继成;石冰;;菲克定律与扩散的热力学理论[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈彦北;陆建;倪晓武;;激光作用金属板材塑性损伤的判定[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 刘兰俊;郭蕾蕾;祖方遒;魏传颖;;熔体结构对Bi-20%Sb合金凝固行为及组织的影响[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
3 覃素志;;解决薄壁不锈钢SA213-TP347H管焊接“过烧”缺陷[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
4 国栋;杨中东;樊占国;;表面金属化处理后的镁合金化学镀镍[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
5 吴志勇;李雪源;赵黎宁;杨文茂;;钛合金与铝合金及铝合金转化膜的电偶腐蚀研究[A];第九届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集[C];2012年
6 赵海军;侯祖春;张慧;;60CrMnMo轧辊裂纹修复[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
7 冯绍彬;苏畅;冯丽婷;;氧电极的催化、阻化作用及其对金属腐蚀的影响[A];纪念《金属制品》创刊40周年暨2012年金属制品行业技术信息交流会论文集[C];2012年
8 王润军;吴天笑;田鑫;;WB36材料焊接工艺试验研究及应用[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
9 刘政军;苏允海;;M_7C_3的形态分布对铁基复合层耐磨性能的影响[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
10 王润军;郝建国;田鑫;耿延朝;;ZG_0Cr_(25)Ni_7Mo_2N焊接工艺评定试验[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵翔;激光驱动飞片点火设计技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 吴林;镁锂基合金在NaCl溶液中电化学行为的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 刘晓兰;镁合金化学转化膜成膜机理及其载波改性的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
5 邹妍;海水中锈层覆盖碳钢的腐蚀电化学行为研究[D];中国海洋大学;2010年
6 徐开东;镁合金高能表面强化研究[D];华中科技大学;2010年
7 闫华;铜合金表面激光复合耐磨层及界面特性研究[D];华中科技大学;2010年
8 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 颜湘莲;交流输电线路单相接地潜供电弧自熄特性研究[D];中国电力科学研究院;2009年
10 刘继展;番茄采摘机器人真空吸持系统分析与优化控制研究[D];江苏大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董翠粉;快速凝固Al-Fe-Y/La合金组织和性能的研究[D];河南理工大学;2010年
2 王锦永;FeCoNiCr基多主元合金的定向凝固组织演化及电化学腐蚀行为[D];河南理工大学;2010年
3 贺睿;AZ81基稀土镁合金组织与腐蚀性能的研究[D];河南理工大学;2010年
4 王茜;时效处理对快速凝固Cu-Cr合金组织性能的影响[D];河南理工大学;2010年
5 姜丽红;功率超声对流动A356熔体半固态组织的影响研究[D];南昌航空大学;2010年
6 李含建;SiC_p/AZ91D复合材料真空气压浸渗机理及界面结构研究[D];南昌航空大学;2010年
7 梁健能;室内模拟实验研究AZ91D镁合金的腐蚀行为[D];南昌航空大学;2010年
8 涂序荣;脉冲磁场控制制备阻燃镁合金的研究[D];南昌航空大学;2010年
9 陶磊;尼龙6/铜复合粉末选区激光烧结制造塑料模具的研究[D];南昌航空大学;2010年
10 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 戴长松,吴宜勇,王殿龙,胡信国;镁及镁合金的化学镀镍[J];兵器材料科学与工程;1997年04期
2 赵文轸,王汉功;国外铝合金激光表面改质研究进展[J];表面工程;1996年01期
3 曹茂盛,杨会静,刘爱东 ,王彪,周振功;Ni-P-Si纳米粒子化学复合镀工艺及力学性能研究[J];中国表面工程;2000年03期
4 徐滨士,欧忠文,马世宁;纳米表面工程基本问题及其进展[J];中国表面工程;2001年03期
5 黄新民,吴玉程,谢跃勤,宋皖英;Ni-P-纳米TiO_2化学复合镀层[J];中国表面工程;2001年03期
6 吴鹏;;超声波对磷化成膜的促进使用[J];表面技术;1993年02期
7 叶宏,冯燕熹,王希山;镁合金化学镀镍工艺研究[J];表面技术;2002年06期
8 赵海鹏,张学敏;镁合金化学镀及其添加剂研究[J];表面技术;2004年05期
9 王赫莹,李德高;镁及镁合金表面电镀镍工艺的研究[J];表面技术;2004年05期
10 马素卿,陈亚昕;水下推进用高能电池[J];船电技术;1999年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王慧远;原位颗粒增强镁基复合材料的制备[D];吉林大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王连登;原位反应生成粒子增强镁基复合材料的组织与性能[D];福州大学;2003年
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1 王家淳;消除钛合金激光焊接的隐患[J];热加工工艺;2000年05期
2 余福林 ,胡伦骥 ,王春明 ,胡席远 ,段爱琴 ,苏颜东;激光焊接熔深波动时等离子体光信号的变化特征[J];新技术新工艺;2001年10期
3 易树平;薄钢板激光焊接及其应用[J];机械工艺师;1996年10期
4 史晓强,罗闻泉;金刚石锯片的激光焊接[J];焊接技术;1996年06期
5 曾浩,周祖德,骆红,胡伦骥,胡席远;激光焊接缺陷声信号的小波分析[J];中国激光;2000年05期
6 王家淳;消除钛合金激光焊接的隐患[J];焊接技术;2001年01期
7 王建中,马麟;变速箱齿轮总成激光焊接工艺研究[J];热加工工艺;2002年06期
8 周运义,胡昌奎,陈培锋;汽车变速箱双联齿轮的激光焊接[J];激光技术;2004年04期
9 ;2010年《電焊机》 2010年系列征文活动之四——激光焊接切割及激光焊缝跟踪[J];电焊机;2010年07期
10 ;2010年《电焊机》[J];电焊机;2010年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 卢宇峰;陆皓;;激光焊接圆锥体热源模型及参数研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
2 刘金合;张赋升;朱石刚;;激光焊接等离子体运动特性及几何特性的高速摄影分析[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
3 蒙大桥;;铍材激光焊接热力响应问题[A];中国工程物理研究院科技年报(2009年版)[C];2010年
4 杨家林;黄文荣;汤光平;;激光焊接焊缝余高变形温升分析研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
5 包刚;王成;彭云;陈武柱;田志凌;;电磁场控制激光焊接等离子体的理论与实验研究[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
6 吴先前;杜特专;黄晨光;虞钢;段祝平;魏延鹏;;高温高应变率下激光焊接件力学性能研究[A];第十届全国冲击动力学学术会议论文摘要集[C];2011年
7 刘金合;陆开静;白钢;;激光焊接专家系统的初步研究[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
8 姜平;陈武柱;国静;;激光焊接等离子体电特性数学模型[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
9 唐霞辉;朱海红;朱国富;李适民;李再光;;激光焊接专用气动喷嘴的研究[A];湖北省激光学会论文集[C];2000年
10 姜平;陈武柱;国静;;激光焊接熔透状态声信号分析[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
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1 本报记者  谢莉葳;“激光焊接+空腔注蜡”能否胜过“真皮座椅+电动天窗”[N];中国消费者报;2006年
2 李兵 译;激光焊接不锈钢板技术问世[N];中国冶金报;2003年
3 正亚;激光焊接技术在包装领域应用潜力大[N];中国包装报;2005年
4 记者 张华君通讯员 左瑛君 孟为民;黄河集团新项目获科技部扶持[N];河南日报;2007年
5 记者 张银炎;“船舶激光焊接技术”课题进展顺利[N];中国船舶报;2005年
6 李珊;Sagitar凭什么比雅阁、佳美贵?[N];中国工业报;2005年
7 何秦;日本开发出激光焊接不锈钢板新技术[N];中国乡镇企业报;2002年
8 郭廷杰 编译;汽车用钢加工适用性评价技术简介[N];中国冶金报;2006年
9 本报记者 李立铎;激光焊接打造出汽车的“钢筋铁骨”[N];中国汽车报;2005年
10 记者 郑晓春;激光焊接手术伤口技术问世[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴军;稀土镁合金NZ30K激光焊接及接头性能改善研究[D];上海交通大学;2012年
2 胡连海;10Ni3CrMoV钢厚板激光焊接稳定性与接头组织及性能研究[D];上海交通大学;2011年
3 步贤政;Inconel601镍基高温合金激光焊接的研究[D];天津大学;2011年
4 杜汉斌;钛合金激光焊接及其熔池流动场数值模拟[D];华中科技大学;2004年
5 姚远;几种Fe-C系汽车材料大功率CO_2激光深熔焊接工艺研究[D];吉林大学;2006年
6 王成;400MPa级超级钢激光焊接及其焊接性研究[D];清华大学;2002年
7 王春明;基于多传感器的激光焊接质量实时诊断及其理论基础[D];华中科技大学;2005年
8 梅丽芳;汽车白车身零部件激光三维切割与搭接焊研究[D];湖南大学;2010年
9 伍强;汽车用高强度镀锌钢的CO_2激光焊接研究[D];湖南大学;2007年
10 李波;块体锆基非晶合金焊接物理冶金机理的研究[D];华中科技大学;2006年
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1 向宝珍;基于田口方法的脉冲Nd:YAG激光焊接工艺参数优化[D];江苏大学;2010年
2 刘丰刚;GH3039激光焊接工艺及接头组织性能研究[D];西安理工大学;2010年
3 龙辉;激光焊接用1500WCO_2激光器的研制及其应用研究[D];湖南大学;2003年
4 高俊;跟随电弧对CP800高强钢激光焊接焊缝性能的影响[D];上海交通大学;2010年
5 朱娟芳;钛激光焊接的临床应用基础研究[D];郑州大学;2004年
6 王义敏;激光焊接等离子体高速摄影图象处理及其特性研究[D];西北工业大学;2002年
7 申震;胆总管探查术后内置可降解支架并行激光焊接胆总管的实验研究[D];吉林大学;2004年
8 仲训杲;激光焊接路径跟踪卡尔曼滤波预测算法研究[D];广东工业大学;2011年
9 刘旭升;Fe-Mn-Si形状记忆合金CO_2激光焊接研究[D];大连海事大学;2011年
10 李建强;304不锈钢激光焊接的建模与仿真[D];天津大学;2004年
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