论文部分内容阅读
鉴于镁合金低密度、高比强度的特点，其广泛应用于航空航天、汽车等领域，替换部分非结构件的钢材以进行减重。在当今实际生产过程中，高效高质的激光焊接应用越来越广泛，因此实现镁/钢异种材料的激光焊接，获得多功能轻量化的复合结构件具有重要的研究前景和现实意义。而镁与钢的物理性能差异较大，且两者既不固溶也无冶金反应，因此如何使接头具有可靠的力学性能，是当前所有关于镁/钢异种接头的研究中的重点。本文采用搭接熔钎焊的方法，选择AZ91镁合金焊丝作为填充钎料进行镁/钢焊接特性的研究。分析了各种工艺参数对1.5mm厚母材的焊接接头成形的影响，并进行了力学性能测试。得到的最佳焊接规范为光斑偏移1.5mm、离焦量+30、激光功率2400W、焊接速度0.5m/min、送丝速度4m/min。试件的最佳拉剪强度可达镁母材的91.6%。考虑到钢的不同表面状态对钎料的润湿铺展有着重要的影响，试验中对钢母材表面进行了若干种特殊处理（化学腐蚀/机械打磨/激光扫锌）。对比观察相同工艺下的接头成形，发现接头润湿角由小到大排列依次是：激光扫锌、轻/重度腐蚀和机械打磨。相应的拉剪试验结果表明，轻/重度腐蚀接头的强度显著高于机械打磨接头，而激光扫锌接头的强度最低。镁/钢激光熔钎焊接头特征可分为焊缝、界面区（近钢侧）、熔合区（近镁侧）。焊缝的典型形态为α-Mg固溶体+晶界析出的镁铝共晶/镁锌共析组织，界面层由FeAl+Al12Mg17（打磨或腐蚀）/MgZn（激光扫锌）混合而成，且随着激光功率的增大或焊接速度的降低，化合物层厚度相应增加且形状发生改变。不同表面状态下化合物层形态有明显区别：机械打磨和重度腐蚀化合物层厚度小于轻度腐蚀，而激光扫锌后的接头在FeAl层外生长出了连续层片状的MgZn化合物。对于成形良好的接头，表面状态直接影响了断裂方式：一为断裂在界面，其抗剪强度很小，此时断口处为光滑平整的界面化合物，属于典型的脆性断裂（对应的表面处理方式一般为激光扫锌和机械打磨（小部分））。二为断裂在焊缝，其抗拉强度较好，此时断口表面为粗糙不平的焊缝晶界混合组织，属塑性断裂或准解理断裂（对应的表面处理方式一般为化学腐蚀和机械打磨（大部分））。