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镁基复合材料激光焊焊接接头组织与力学性能的研究

董晓明  
【摘要】:本文对1.5mm厚的SiCp/ZC71镁基复合材料进行了Nd:YAG激光焊接工艺和接头组织性能研究,运用扫描电镜、EDS能谱仪等微观分析手段对镁基复合材料焊接接头组织进行了微观分析,并结合X射线衍射对其焊缝相结构进行了分析,同时用电子拉伸试验机进行力学性能试验、MH-3型显微硬度仪进行显微硬度的测试。 试验结果表明:激光功率、扫描速度等工艺参数都对SiCp/ZC71镁基复合材料焊缝成形和力学性能有较大的影响。当焊接功率p=350W,扫描速度v=350 mm/min,激光脉冲频率:f=60Hz时,可以得到成形较好的焊缝,焊缝连续、完全熔透、呈鱼鳞状、接头变形小,接头强度可达最高80.6MPa。 接头的微观组织分析表明:SiCp/ZC71镁基复合材料接头区域的热影响区由于激光焊接快速加热冷却不明显,微米尺寸的SiC颗粒分布均匀,小尺寸白色的CuMgZn颗粒变得更加细小。激光焊接接头的抗拉强度由于焊缝凝固微米尺寸空隙(尤其是SiC和基体镁合金之间)和裂纹、气孔等缺陷原因相对母材较低,断裂发生在焊缝区域,断口呈解理脆性断裂。能谱成分试验发现镁锌含量沿焊缝表面向下逐渐增加,硅含量沿焊缝表面向下逐渐减少。焊接区域显微硬度高于母材。X射线衍射表明焊缝区域主要相组成为α-Mg相,SiC和CuMgZn。 填料铝粉激光焊试验表明:虽然粉可以保护熔池,减少焊接过程中镁的蒸发,细化晶粒,但研究发现,由于激光快速加热冷铝粉不能在焊接过程中充分扩散,对提高焊缝性能帮助不大,同时也加大了工艺上的复杂性。 试验过程发现:SiCp/ZC71镁基复合材料激光焊接时存在的主要缺陷是气孔和裂纹,气孔产生的原因主要是在焊接过程中由于氢元素在镁中的溶解度急剧下降导致氢的大量析出和工艺参数不合理;SiCp/ZC71镁基复合材料焊接中产生的裂纹主要是SiC颗粒和基体镁合金性能差距大,容易产生热应力。另一方面主要与镁合金中存在的低熔点共晶体有关。只要选择合适的工艺,采用有效的焊前、焊后处理措施,这些缺陷是可以避免或减少的。


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