热输入变化对AZ镁合金TIG焊接接头组织和力学性能的影响

发布时间：2017-10-22 22:33

  本文关键词：热输入变化对AZ镁合金TIG焊接接头组织和力学性能的影响

  更多相关文章： 镁合金 钨极氩弧焊 焊接热输入 微观组织 力学性能

【摘要】：镁合金具有比弹性模量大、密度小、比强度高、散热好、消震性好、承受冲击载荷能力强等优点,在汽车、航空航天和电子信息工业中有着广阔的应用前景。然而,由于密排六方的晶体结构,镁合金在室温下滑移系少,塑性变形能力低。这些性质导致采用塑性成形的加工方法制造镁合金复杂结构件难度较大。因此,焊接是低成本地制造镁合金复杂结构件的有效手段。然而,由于镁合金的低熔点、易烧损、受热易变性等缺点,镁合金的焊接工艺长久以来都是工业界和学术界的研究热点和难点之一。本文以AZ系列变形镁合金为研究对象,针对不同厚度的镁合金板材制定了不同的TIG焊接工艺,并采用显微组织分析、拉伸实验和硬度测试等方法,系统地研究了焊接热输入的变化对镁合金TIG接头宏观形貌、微观组织和机械性能的影响,揭示了微观组织演变规律及其与焊接接头力学性能之间的关系;并采用SYSWELD模拟软件进行有限元分析,澄清了双面TIG焊热输入与焊接缺陷的内在关系。在实验事实的基础上,结合理论分析,得到以下主要结论:裂纹是镁合金焊接接头失效的主要原因之一。这通常是由应力集中引起的。在本研究当中,进行了AZ61镁合金板的双面TIG焊接实验,并且使用了有限元法研究了局部熔透对于焊接接头中应力裂纹形成的影响。采用扫描电子显微镜对焊缝裂纹表面的微观结构进行了观察,并采用SYSWELD软件对焊接过程中工件的热历史和焊后的残余应力分布进行了模拟。结果表明,在应力集中的条件下,沿晶界分布的共晶化合物β-Mg17Al12的熔化导致了裂纹的产生。该研究对于阻止由共晶化合物β-Mg17Al12熔化导致的应力裂纹的产生具有理论指导意义,尤其是对于镁合金焊接结构件的生产制造尤为重要。在AZ31镁合金单面TIG焊接中,采用了活性剂辅助与Si C纳米颗粒增强的手段增加焊接熔深。研究了焊接电流变化对AZ31镁合金纳米颗粒增强TIG接头宏观形貌、微观结构和机械性能的影响。研究发现,在同样的焊接参数下,纳米Si C颗粒增强的TIG焊接所得到的AZ31镁合金焊接接头的熔深更大,熔池更窄,焊接缺陷更少,且α-Mg晶粒也更为细小。当焊接电流增大时,这样的效果更加明显。根据斯托克斯定律,由于马兰戈尼流的作用,AZ31镁合金的纳米颗粒增强TIG接焊接过程中,纳米Si C颗粒会在液态金属流的驱动下运动。最后,当温度冷却至室温,Si C颗粒将会主要分布在液态金属流的轨迹上,也就是焊接熔池的中部和底部。Si C纳米颗粒的添加增强了AZ31镁合金纳米颗粒增强TIG接焊接接头的强度,这主要是由于细晶强化和弥散强化造成的。当焊接电流增大时,AZ31镁合金纳米颗粒增强TIG接焊接接头中的纳米Si C颗粒的数量也随之增加,因而接头力学性能也得到持续提升。然而,当焊接电流超过115 A时,接头的力学性能严重下降,这是因为过大的热输入造成了接头的晶粒急剧粗化。
【关键词】：镁合金 钨极氩弧焊 焊接热输入 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG407;TG444.74
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 镁合金的焊接研究现状及发展趋势9-13
• 1.2.1 镁合金的焊接性9-10
• 1.2.2 镁合金的钨极惰性气体保护焊10
• 1.2.3 镁合金的熔化极惰性气体保护焊10-11
• 1.2.4 镁合金的激光焊11-12
• 1.2.5 镁合金的其它焊接方法12-13
• 1.3 关于镁合金焊接热输入的研究现状13
• 1.4 焊接数值模拟研究现状13-20
• 1.4.1 焊接热源模型的研究进展与应用现状14-16
• 1.4.2 焊接温度场研究进展与应用现状16-17
• 1.4.3 焊接残余应力研究现状17-18
• 1.4.4 SYSWELD软件概览18-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-22
• 2 实验方案22-29
• 2.1 实验材料及焊接设备22-23
• 2.1.1 镁合金材料的选择22-23
• 2.1.2 SiC颗粒的添加23
• 2.2 焊接设备和参数23-24
• 2.2.1 交流TIG焊机23-24
• 2.3 工艺方案和焊接参数24-25
• 2.3.1 无活性剂辅助的双面TIG焊接24-25
• 2.3.2 NAS-TIG焊接25
• 2.4 实验方法25-26
• 2.4.1 焊前准备25
• 2.4.2 金相试样的制备及组织观察25
• 2.4.3 显微硬度计25
• 2.4.4 万能材料试验机（SANS XYA105C）25-26
• 2.5 镁合金双面TIG焊接的数值模拟26-29
• 2.5.1 母材性能26-27
• 2.5.2 有限元模型27
• 2.5.3 约束条件27
• 2.5.4 热源模型27-29
• 3 热输入对AZ61镁合金双面TIG焊接接头的微观组织和力学性能的影响29-34
• 3.1 引言29
• 3.2 双面TIG焊对AZ61镁合金板焊接接头裂纹产生的影响29-30
• 3.3 AZ61镁合金双面TIG焊接过程的热历史30-31
• 3.4 AZ61镁合金双面TIG焊残余应力分布31
• 3.5 裂纹的产生机制31-32
• 3.6 断裂表面分析32-33
• 3.7 本章小结33-34
• 4 焊接电流对于AZ31镁合金纳米颗粒增强TIG接焊接接头的微观组织和力学性能的影响34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 焊接电流对于 AZ31 镁合金 NSA-TIG 接焊接接头宏观形貌的影响34-36
• 4.3 焊接电流对于 AZ31 镁合金 NSA-TIG 接焊接接头微观结构的影响36-39
• 4.4 焊接电流对于 AZ31 镁合金 NSA-TIG 焊接接头力学性能的影响39-41
• 4.5 本章小结41-43
• 5 全文结论43-44
• 致谢44-45
• 参考文献45-53
• 附录53

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范红刚,杨军,史耀武,雷永平;直流TIG焊接电弧阳极电流密度的数值计算[J];西安交通大学学报;1997年04期

2 蔡洪能，唐慕尧;TIG焊接温度场的有限元分析[J];焊管;1995年01期

3 蔡洪能，唐慕尧;TIG焊接温度场的有限元分析[J];机械工程学报;1996年02期

4 杨春利,牛尾诚夫,田中学;TIG电弧活性化焊接现象和机理研究(2)──活性化TIG焊接中的电弧现象[J];焊接;2000年05期

5 董长富,刘黎明,赵旭;变形镁合金填丝TIG焊接工艺及组织性能分析[J];焊接学报;2005年02期

6 郭彦兵;童彦刚;贺晓娜;;低合金钢薄板件TIG焊接温度场三维有限元模拟[J];热加工工艺;2010年21期

7 雷玉成;邵奇栋;朱强;尹莎;巨新;;热处理对CLAM钢TIG焊接接头显微组织影响[J];江苏大学学报(自然科学版);2010年05期

8 杨月玲;;直管TIG焊机概述[J];锅炉制造;1997年01期

9 陈茂军;靳全胜;;TIG焊接不锈钢管工艺对焊缝质量的影响[J];焊管;2014年07期

10 杨明珊,杨志懋;高速摄像技术中TIG焊接过程的熔池和电极研究[J];中州大学学报;2003年03期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 芦凤桂;姚舜;楼松年;;三维TIG焊接电弧与熔池动态交互过程数值分析[A];第十一次全国焊接会议论文集（第2册）[C];2005年

2 易小平;张勇;;奥氏体不锈钢管背面氮气保护TIG焊接试验及应用[A];中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 李洋;热输入变化对AZ镁合金TIG焊接接头组织和力学性能的影响[D];重庆大学;2015年

2 赵华夏;干式高压TIG焊接电弧物理特性的研究[D];北京化工大学;2007年

3 董长富;镁合金填丝TIG焊接工艺及组织性能分析[D];大连理工大学;2005年

4 牛书锋;镁合金活性TIG焊接法研究[D];兰州理工大学;2009年

5 他进国;光纤激光辅助TIG焊接法研究[D];兰州理工大学;2014年

6 刘瑞琳;气体熔池耦合活性TIG焊接法及焊枪研制[D];兰州理工大学;2012年

，

本文编号：1080429