He-Ar气体及磁场对AZ31镁合金TIG焊接头组织和性能影响

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21世纪人类发展主题是可持续发展,镁合金是理想的环保与节能材料,符合可持续发展战略要求。镁合金因其本身的特殊物理化学性能给焊接带来了一系列的问题,焊接已成为制约镁合金结构件广泛应用的障碍之一。   本文的目的是在TIG焊的基础上,研究氦-氩混合气体及外加磁场对AZ31镁合金结构件焊接接头的组织和性能影响,从而为AZ31镁合金结构件连接技术的进一步应用提供理论和实践依据。   采用金相观察、扫描电子显微镜、显微硬度、极化曲线等分析测试手段,研究了不同配比氦-氩混合气体、外加直流或交流纵向磁场对电弧形态、焊缝成形、熔深熔宽、力学性能的影响;并研究了含Ce、Sb焊丝对镁合金TIG焊接接头的组织和性能影响。   研究表明,氦-氩混合气体中,随着氦气体积分数的增大,电弧稳定性增强,当氦气体积分数等于50%时,焊接电弧稳定性最好。焊缝的平均显微硬度为60HV,达到母材的82.6%,抗拉强度为178.6N/mm2,是母材的71.4%,断裂发生在热影响区,属于韧-脆混合断裂。   加入直流磁场可稳定电弧并促使其收缩、旋转,热量集中,熔池搅拌均匀。焊缝由均匀细小且沿一定方向生长的等轴晶组成,其组织为α-Mg相和点状β-Mg17Al12相。焊缝平均显微硬度达到64.1HV,抗拉强度最高达到201N/mm2,是母材的80.4%,断裂发生在热影响区,属于韧-脆混合断裂。交流纵向磁场可促使焊接电弧周期性旋转,有利于焊缝成形。交流磁场的电磁搅拌作用使得焊缝晶粒细化和组织均匀化,当励磁电压为20V时所得到的焊缝成形性好,组织均匀细小;交流磁场作用下焊缝区和热影响区显微硬度均高于母材,最高达70.45HV,抗拉强度达到220N/mm2,达到母材的88%,断裂发生在焊缝区,属于剪切断裂。   在焊接过程中添加含Ce、Sb元素焊丝,可以减少焊缝中脆性相Mg17Al12,同时可以使其不连续分布,但热影响区中Mg17Al12相呈网状分布。焊缝平均抗拉强度达到190.4N/mm2,达到母材76.2%,断口存在少量韧窝和撕裂棱,属于混合型断裂。
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