钇元素对压铸镁合金熔化焊接气孔的影响

发布时间：2017-09-17 03:25

  本文关键词：钇元素对压铸镁合金熔化焊接气孔的影响

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【摘要】：压铸镁合金在压铸过程中往往存在严重的“卷气行为”,自身含气量较高,进行熔化焊接后,接头气孔问题十分严重,导致焊接接头各项力学性能都很差。所以,在实际应用中,压铸镁合金很少进行熔化焊接。随着镁合金的广泛应用,迫切需要解决压铸镁合金熔化焊接气孔问题以促进其进一步发展。对于压铸镁合金焊接气孔的形成机理,目前还没有统一的结论,对于消除措施的专一性研究更是匮乏。在本文中,通过热力学计算确定了向焊缝中引入的合金元素以消除焊接氮气孔;以压铸AM60镁合金的钨极氩弧(TIG)自熔焊为研究对象,进一步分析了气孔的形成机理;通过采用不同的焊丝焊接,分析了影响焊接气孔的主要因素,并讨论了消除焊接气孔的措施;此外,通过采用混合保护气体(Ar+N2)的焊接实验,证明了热力学计算的合理性。主要的研究结果如下:①镁合金压铸过程中卷入的氮气不会分解,压铸镁合金气缩孔内的氮气都是以分子态的形式存在。钇和氮气有很大的化学亲和力,二者之间的反应倾向比镁和氮气之间的反应倾向大很多,在理论上向焊缝中引入钇元素可以有效的消除焊缝中的氮气孔。②压铸AM60镁合金自熔焊时整个焊缝截面上都分布着形状和尺寸各不相同的气孔,其中大尺寸气孔形状不规则,内壁不光滑,内壁有很多不规则的条纹并附着一些固体夹杂颗粒,呈现出明显的金属液冲刷痕迹,属于氮气孔,而小尺寸气孔形状规则,内壁分布着许多树枝状小凸起,且小凸起之间分布着十分细小的孔洞,属于氢气孔。焊缝中的气孔是以氮气孔为主,氢气孔为辅。③熔池内的气泡在没有阻碍时上浮速度非常快,且尺寸越大上浮速度越快。熔池中心区域,金属处于完全的液化状态,粘度很小,小尺寸气泡也十分容易逸出。半熔化区金属液粘度较大,气泡受到树枝晶和未熔化的固体颗粒的束缚,上浮运动和膨胀都受到很大的限制,同时在流体力和浮力的共同作用下,气泡运动方向指向熔池中心区域而不是焊缝表面,逸出熔池时,运动的路径较长。半熔化区的气泡是造成焊接气孔的重要原因,气泡如果不能脱离半熔化区的束缚,就会在半熔化区形成气孔,但是,即使气泡如果脱离了束缚,由于熔池凝固较快,逸出熔池仍然很困难,十分容易在焊缝中心区域造成严重的气孔缺陷。在半熔化区,虽然气泡的膨胀可能会受到限制,但是由于气泡运动速度较小且运动方向不确定,其拥有更多的机会和其他气泡相遇合并长大,所以半熔化区的气泡往往形成大尺寸的气孔。④向焊缝中引入了钇元素,十分有效的降低了焊缝气孔率,尤其是焊缝中的氮气孔,几乎完全消失。钇的作用主要有以下三个方面,1)如热力学计算与母材包含的氮气发生了化学反应,有效的减少了熔池内的气体,2)增加了熔体的流动性,使更多的气泡从熔池内逸出,3)限制了氢的析出,减少了焊缝中的氢气孔。以上三个作用中,第一个是最重要的,虽然在焊缝中并没有直接检测到对应的氮化物。而通过采用混合保护气体(Ar+N2)的焊接实验证明了焊接过程中镁和氮气能够反应生产氮化镁,结合热力学计算间接证明了接过程中钇和氮气能够反应生成氮化钇,即在本研究中采用Mg-Y合金焊接使焊缝气孔率明显降低的主要原因是钇与母材包含的氮气发生了反应。
【关键词】：压铸镁合金 钨极氩弧焊 热力学计算 焊接气孔 元素钇
【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】：TG444.74
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 镁合金焊接研究现状9-11
• 1.3 镁合金焊接气孔缺陷介绍11
• 1.4 压铸镁合金焊接气孔研究现状11-16
• 1.5 本课题研究目的、内容及技术路线16-18
• 1.5.1 本课题的研究目的16
• 1.5.2 本课题的研究内容16-17
• 1.5.3 本课题的技术路线17-18
• 2 热力学计算18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 计算原理18-20
• 2.3 计算结果20-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 实验27-31
• 3.1 引言27
• 3.2 压铸AM60 镁合金的自熔焊实验27-29
• 3.3 压铸AM60 镁合金的填丝焊实验29-31
• 4 焊缝中的气孔31-46
• 4.1 引言31
• 4.2 压铸AM60 镁合金自熔焊31-33
• 4.3 采用挤压态AM60 镁合金焊丝焊接33-34
• 4.4 引起焊接气孔的气体34-36
• 4.5 焊缝气孔的形成过程36-44
• 4.6 本章小结44-46
• 5 钇元素对焊接气孔的影响46-58
• 5.1 引言46
• 5.2 采用MG-Y合金焊丝焊接46-48
• 5.3 不同焊接条件下焊缝的气孔率48-49
• 5.4 焊丝及热输入对焊接气孔的影响49-50
• 5.5 钇元素对焊接气孔的影响机理50-56
• 5.6 本章小结56-58
• 6 结论58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64

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本文编号：866993