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变形镁合金的CO_2激光填丝焊研究

徐虎  
【摘要】: 镁合金作为实际应用中最轻的结构金属材料,在航空航天、汽车、电子通讯等领域具有广阔的应用前景,焊接技术成为制约其应用的技术关键。激光焊接由于具有能量密度高、焊接速度快、热输入量低、易于实现自动控制等优点,受到了人们极大地关注。而激光填丝焊接技术能极大地扩展镁合金在工业上的应用。本文利用自行建立的激光填丝焊接实验系统对两种常用变形镁合金的激光焊接性及激光填丝焊接工艺进行了研究。 本文采用投影式测量仪测量了镁合金激光焊接焊缝正面和背面熔化区的宽度。利用数码相机和低倍光学显微镜分别观察了焊缝表面和横截面的形貌。利用金相显微镜观察分析了焊缝、熔合区及母材的微观组织。用数字式显微硬度计测量了接头与母材金属的显微硬度,并对典型镁合金激光焊接接头进行了拉伸试验。利用扫描电镜X射线能谱仪分析了焊缝、熔合区及母材的化学成分。 研究表明,激光功率和焊接速度是影响焊缝成形和焊缝宽度的两个重要工艺参数,随着激光功率的增大或焊接速度的减小,焊缝正面和背面的熔宽都增大;保护气体流量对激光焊接焊缝宽度的影响较小,它们主要影响到熔池金属的保护效果;焦点位置对焊缝横截面形状影响较大,为使镁合金获得较高的熔化效率,焦斑固定在工件表面;镁合金表面进行喷砂处理后大大提高了镁合金材料对激光的吸收率。在同样的焊接工艺条件下,CO_2激光焊接AZ61镁合金获得的焊缝宽度比焊接AZ31镁合金获得的焊缝宽度更大,AZ61的熔化效率更高。 通过选择合适的焊接工艺参数,CO_2激光焊接变形镁合金能获得很好的焊缝成形;焊缝组织为细小的等轴晶,且有少量枝状晶存在。显微硬度测试和拉伸试验结果表明,焊接接头的显微硬度和抗拉强度都高于母材金属,焊缝较母材具有更优良的力学性能。采用激光填丝焊技术,镁合金激光焊接焊缝塌陷得到控制;填丝焊的焊缝横截面近似呈“杯”状;选择“前送丝”方式填充焊丝更易成功;采用ER5356铝镁合金焊丝填充AZ系列镁合金,焊缝容易产生裂纹;利用正交试验法确定了最佳的镁合金激光填丝焊接工艺。


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