异种轻合金TIG焊接接头组织性能及数值模拟研究
发布时间：2021-11-20 03:04
镁合金作为最轻的金属结构材料,其工程应用领域正在不断的扩大与深化,新型镁合金焊接,尤其是异种镁合金的焊接、镁合金与同为轻金属铝合金之间的焊接,已遇到越来越多的挑战。通过优化焊接工艺参数以获得成形良好且力学性能优良的焊接接头,是目前镁合金焊接研究的热点和难点。有部分学者对异种镁合金及镁/铝合金焊接进行研究,使用的焊接方法主要是搅拌摩擦焊或激光焊。钨极惰性气体保护焊（TIG）焊及活性焊接法（A-TIG）由于设备投资低、电弧稳定性高、加热较集中、焊件变形小等优点,业已成为目前镁合金焊接中最常用的方法,但将其应用于异种镁合金及镁/铝合金之间的焊接研究报道还较为罕见。而采用数值模拟方法对异种镁合金材料的TIG（A-TIG）焊接过程进行焊接过程的模拟则更少。本文采用钨极氩弧焊（TIG）和活性钨极氩弧焊（A-TIG）方法,对异种镁合金及镁/铝合金的焊接性能进行研究。以三组不同的异种材料（AZ61/ZK60镁合金,AZ61/AM60镁合金以及AZ31镁合金/6061铝合金）为研究对象,研究了不同焊接工艺参数对焊接接头成形质量、微观组织及力学性能的影响,建立了三维瞬态移动热源作用下异种轻合金焊接熔池数学...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３焊接热裂纹的宏观形貌［｜５１??
?第１章绪论???故晶界是焊缝区的薄弱区域。在拉应力作用下，在焊接接头尚未冷却时即发生开裂［１５］。??ＷＭ??图１－３焊接热裂纹的宏观形貌［｜５１??（ａ）裂纹启裂处?（ｂ）分叉裂纹?（ｃ）裂纹尾端??图１－４自熔焊焊接热裂纹的扩展！１５］??（３）气孔??镁合金在焊接过程中由于需要使用大功率热源，使得在温度较高的焊接熔池中??气体含量较高。在焊接接头熔池冷却后，这些气体会聚集形成宏观以及微观气孔分??布在焊接接头金属中，造成接头力学性能变差［１＼?Ｙｕ等１１７１通过对耐热镁合金激光焊??接的研究，揭示了其接头气孔的形成机制，认为焊接熔化时母材中预先存在的微孔??是焊缝中产生气孔的主要来源。而Ｍａｒｙａ和Ｅｄｗａｒｄｓ［１８］对ＡＺ９１镁合金焊接的研究??发现，气孔率随焊接速度的变化如图１－５所示，存在一个极大值。而在焊接速度较低??或达到一定值（较高值）之后，气孔率相对较校他们认为主要是在焊接速度较小??时，熔池有着相对较长的停留时间，气泡能够逸出。若对应相对更大的焊接速度，??此时熔池将会很快凝固，但同时气泡由于高温只需要很短的时间形成、长大并逸出，??这在一定程度上也降低了气孔率。??３??
?第１章绪论???＾??ｍａｉＭｍ??开口域??髙颊发生器??ＴＩＧ燁痿％珊?片?Ｉ?＾４感ｆｌｌ??（直沈成文流）?Ｘ?中．弧丨??工件??图１－６?ＴＩＧ焊接原理图??针对镁合金ＴＩＧ焊接过程中易出现氧化燃烧、裂纹以及热影响区过宽、晶粒粗??大等问题，郑荣等［２１１采用大电流、快速焊接、刚性固定等措施，研究了?ＡＺ３１Ｂ镁合??金薄板的ＴＩＧ焊接工艺，探索提高镁合金焊接接头性能。董长富等［２２］对变形镁合金??ＡＺ３１Ｂ板材填丝ＴＩＧ焊接工艺及组织性能进行了研究，得到了合理的焊接工艺参数，??并分析了焊缝微观组织及拉伸断口的特征。Ｙａｎｇ等［２３］对Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ－Ｚｒ－Ｅｒ合金ＴＩＧ??焊接的焊缝微观组织特征进行研宄，分析了?Ｅｒ在焊缝中的存在形式及其对焊缝微观??组织的影响。廖慧敏等｜５］以热轧态ＡＺ３１镁合金薄板为对象，研究了不同焊接热输入??对镁合金ＴＩＧ焊接接头力学性能与显微组织的影响规律。上述研究都不同程度上发??现探索了镁合金焊接方面的共性问题及解决途径。??为了实现厚板镁合金的焊接，增加熔深，研究者提出了活性剂钨极惰性气体保??护焊（ＡｃｔｉｖｉｎｇＦｌｕｘＴＩＧ，?Ａ－ＴＩＧ），即在焊接前在母材表面涂覆上一层活性剂，可大??幅提高焊缝熔深刘黎明等［２５１分析了?Ｔｉ０２、ＣｒＺ０３、０（１（：１２和２１１（：１２四种活性剂对??镁合金Ｔ１Ｇ焊接熔深的影响，研宄发现四种活性剂都可增加焊缝熔深。沈骏等［ｎ］分??析了焊接电流对ＡＺ３１镁合金板材涂覆Ｔｉ０２活性剂后活性焊接对接头宏观形貌、微??观结构和力学性能的影响，研宄结果发现，焊缝的熔深和熔宽比随着焊接电流的增??加而增加
本文编号：3506436
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３焊接热裂纹的宏观形貌［｜５１??
?第１章绪论???故晶界是焊缝区的薄弱区域。在拉应力作用下，在焊接接头尚未冷却时即发生开裂［１５］。??ＷＭ??图１－３焊接热裂纹的宏观形貌［｜５１??（ａ）裂纹启裂处?（ｂ）分叉裂纹?（ｃ）裂纹尾端??图１－４自熔焊焊接热裂纹的扩展！１５］??（３）气孔??镁合金在焊接过程中由于需要使用大功率热源，使得在温度较高的焊接熔池中??气体含量较高。在焊接接头熔池冷却后，这些气体会聚集形成宏观以及微观气孔分??布在焊接接头金属中，造成接头力学性能变差［１＼?Ｙｕ等１１７１通过对耐热镁合金激光焊??接的研究，揭示了其接头气孔的形成机制，认为焊接熔化时母材中预先存在的微孔??是焊缝中产生气孔的主要来源。而Ｍａｒｙａ和Ｅｄｗａｒｄｓ［１８］对ＡＺ９１镁合金焊接的研究??发现，气孔率随焊接速度的变化如图１－５所示，存在一个极大值。而在焊接速度较低??或达到一定值（较高值）之后，气孔率相对较校他们认为主要是在焊接速度较小??时，熔池有着相对较长的停留时间，气泡能够逸出。若对应相对更大的焊接速度，??此时熔池将会很快凝固，但同时气泡由于高温只需要很短的时间形成、长大并逸出，??这在一定程度上也降低了气孔率。??３??
?第１章绪论???＾??ｍａｉＭｍ??开口域??髙颊发生器??ＴＩＧ燁痿％珊?片?Ｉ?＾４感ｆｌｌ??（直沈成文流）?Ｘ?中．弧丨??工件??图１－６?ＴＩＧ焊接原理图??针对镁合金ＴＩＧ焊接过程中易出现氧化燃烧、裂纹以及热影响区过宽、晶粒粗??大等问题，郑荣等［２１１采用大电流、快速焊接、刚性固定等措施，研究了?ＡＺ３１Ｂ镁合??金薄板的ＴＩＧ焊接工艺，探索提高镁合金焊接接头性能。董长富等［２２］对变形镁合金??ＡＺ３１Ｂ板材填丝ＴＩＧ焊接工艺及组织性能进行了研究，得到了合理的焊接工艺参数，??并分析了焊缝微观组织及拉伸断口的特征。Ｙａｎｇ等［２３］对Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ－Ｚｒ－Ｅｒ合金ＴＩＧ??焊接的焊缝微观组织特征进行研宄，分析了?Ｅｒ在焊缝中的存在形式及其对焊缝微观??组织的影响。廖慧敏等｜５］以热轧态ＡＺ３１镁合金薄板为对象，研究了不同焊接热输入??对镁合金ＴＩＧ焊接接头力学性能与显微组织的影响规律。上述研究都不同程度上发??现探索了镁合金焊接方面的共性问题及解决途径。??为了实现厚板镁合金的焊接，增加熔深，研究者提出了活性剂钨极惰性气体保??护焊（ＡｃｔｉｖｉｎｇＦｌｕｘＴＩＧ，?Ａ－ＴＩＧ），即在焊接前在母材表面涂覆上一层活性剂，可大??幅提高焊缝熔深刘黎明等［２５１分析了?Ｔｉ０２、ＣｒＺ０３、０（１（：１２和２１１（：１２四种活性剂对??镁合金Ｔ１Ｇ焊接熔深的影响，研宄发现四种活性剂都可增加焊缝熔深。沈骏等［ｎ］分??析了焊接电流对ＡＺ３１镁合金板材涂覆Ｔｉ０２活性剂后活性焊接对接头宏观形貌、微??观结构和力学性能的影响，研宄结果发现，焊缝的熔深和熔宽比随着焊接电流的增??加而增加
本文编号：3506436
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