镁/铜异种金属冷金属过渡技术（CMT）焊接性研究

【摘要】现代工程工业领域中,异种金属结构件的应用不仅可对每种材料的性能充分利用,物尽其用,同时也可节省贵重金属并且降低结构成本。镁及镁合金由于具有密度小,比强度小,比刚度高,良好的尺寸稳定性等性能而广泛的应用于机械、化工、交通、航天航空、核工业、石油设备等领域。铜及铜合金具有良好的导电性、导热性、耐蚀性及良好的塑性而广泛应用于电气、电子、动力、化工、交通、航空和军工等领域。因而镁、铜异种金属材料的连接具有很高的应用价值。本文采用了冷金属过渡技术(CMT)对AZ31B镁合金及工业纯铜T2进行搭接和对接焊。采用TPS-3200CMT焊机一元线性程序通过控制送丝速度、焊接电流、焊接电压等焊接工艺参数并研究其对焊接接头焊缝表面成型及力学性能和组织成分的影响。同时,本文还通过扫描电镜(SEM).X射线衍射仪(XRD)对焊接接头及其断口各个区域进行了微观组织和相组成分析,阐明了镁铜异种金属的连接机理。结果表明,焊接送丝的速度、焊接电压,焊接速度等焊接参数以及不同成分的焊丝对焊缝成型及所得焊接接头的性能有着非常重要的影响。优化焊接参数可以焊出焊缝成型和接头性能都很理想的焊接接头。焊接接头主要由镁侧的熔化焊焊接接头和铜侧的钎焊接头组成,镁铜钎焊界面上形成了熔焊和钎焊混合的焊接接头。熔化焊焊接接头由熔化的镁母材、熔化的焊丝形成的焊缝金属以及热影响区形成；镁铜焊接接头的焊缝区主要是骨架状的Mg17Al12分布在镁的固溶体c–Mg的边界上,焊接接头的钎焊界面相组成比较复杂。钎焊界面的头部和尾部由于铜原子的热扩散作用形成了一层金属间化合物,主要是Mg17A112+α-Mg+Mg2Cu,厚度在40μm左右,钎焊界面的中心区域B区由于热输入很大,铜局部熔化,形成了第二层金属间化合物,主要是白色方块状的MgCu2+Mg2Cu+A16Cu4Mg5,在送丝速度小于11.0m/min时,金属间化合物层对镁铜的连接以及焊接接头力学性能起关键作用。焊接接头的熔合线处镁母材因受热而出现了晶粒粗大现象。当送丝速度大于11.Om/min时,由于铜熔化量的增多,主要成分是MgCu2的脆性相充满焊缝,导致焊缝强度变低。通过焊接接头硬度测试可知,熔合线区域和金属间化合物层区域是焊接接头强度最低的部分。通过对焊接接头拉伸断裂断口的微观组织和相组成分析可知镁铜焊接接头主要有三种断裂位置：一种接头断裂于熔合线靠焊缝一端,另一种断裂于焊缝,第三种断裂于钎焊界面的金属间化合物层中。使用镍铝青铜焊丝所焊焊接接头的力学性能不高,最高只达到1.2KN左右,使用AZ61和AZ92镁焊丝所焊的焊接接头的力学性能很好且稳定,最高可达到1.8KN左右,为母材性能的95%左右。3mm厚的镁板和铜板进行对接焊接所得焊接接头的力学性能约为搭接焊的3倍左右。
【作者】景敏；
【导师】曹睿；陈剑虹；张建晓；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】镁/铜异种金属；冷金属过渡；焊接工艺；接头性能；断口；

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