AZ31B镁合金TIG焊裂纹形成机理及其预防措施
AZ31B镁合金缝焊焊缝微观组织分析
，
作者简介 ： 马天风 （９ ２ ） 女 ， １ ８ ， ， 河南延津人 ， 硕士 ， 主要从事焊接工 艺研究 。
５
河南机 电高等专科学校学报
２ １ 年 ５期 ０１
另一方面， 在高速焊接条件下 ， 从理论上讲 ， 在热源运 异共 晶体 ， 即共 晶 组 织 中 的 ｄ—Ｍ ｇ依 附 在 原 有 的 先 动方 向 已无 温度梯 度存 在 ， 只在 焊缝 轴线 的垂直 方 向 共 晶 ０一Ｍｇ相 上 ， 【 Ｂ—Ｍｇ １ 则 以不 规 则 的形 状 Ａ 相 且 上有温度梯度存在 。当液相 中温度梯度很小时， 在液 分 布在 晶界 上 。 由于凝 固过 程 中存 在 溶 质再 分 配 ， 相 中形 成很 宽 的成 分 过 冷 区。这 时 不 仅 在结 晶前 沿 结 晶有 先 后 ， 得 晶 界上 晶格 原子 排 列 杂 乱 ， 可 能 使 并 形成等轴晶， 同时也能在液相的内部生核 ， 产生新 的 有原子空位、 间隙原子等缺陷， 合金成分 、 杂质含量都 晶粒 ， 晶粒的四周不受阻碍同时长大 ， 形成等轴晶。 较高， 成为化学成分 、 晶格构造上的薄弱环节。 由于 呈颗粒状的 Ｂ相具有硬脆性特性 ， 分布在镁基体可 以 ２ 焊 缝 区物 相 分 析 起到沉 淀 强 化 的作 用 ， 分 布 在 晶 界 时 具 有 钉 扎 作 而 可 因此 （相 呈 颗 粒 状 分 布 时 对 ； 采用 Ｄ— Ａ Ｉ 日 Ｍ ＹＩ 本理学 ｘ射线衍射仪对焊缝 用 ， 以阻碍 晶界滑 移 ， Ａ 区进行 ｘ射线衍射分析。首先使用钢锯在试样上切割 合金强 度是 有利 的 。 出待测区域的测试样品， 样品尺寸大小为 ７ ｍ× ｍ ｒ ５ ｍ， ｎ 然后利用水砂纸将样 品表面磨平， ｘ射线衍射仪上 在 分析试样得 出结果 如 图 ２所示 。由图 ２中看 出 ， 区 焊缝 存在 Ｍ ｇ和 Ｍ ｌ两种衍射峰， 中 Ｍ ｌ 的衍射 ｇ Ａ ： 其 ｇＡ： 峰较弱 ， 主要是 由于 Ａ ３Ｂ合 金 中 Ａ 元 素含 量较 少 ， Ｚ１ ｌ 相应生成的 Ｍ １化合物相对基体而言也较少所致。 ｇ Ａ ， ：
AZ31B镁合金及其TIG焊焊接接头疲劳断裂行为及评定研究
AZ31B镁合金及其TIG焊焊接接头疲劳断裂行为及评定研究镁合金具有轻质高强,易于回收等一系列优点,被誉为“21世纪绿色金属结构材料”,其最具发展前途的应用领域是“陆、海、空、天”等交通运载装备,这些结构离开焊接技术的支持是无法完成的。
资料表明,70%～90%的焊接结构失效是焊接接头在动载负荷作用下造成的,镁合金及其焊接接头中裂纹的启裂和扩展对焊接结构的疲劳性能及疲劳寿命产生较大的影响,而其失稳断裂临界裂纹尺寸又决定了材料或结构的疲劳寿命。
因此,研究镁合金及其焊接接头的疲劳性能、裂纹扩展速率,对疲劳性能进行评定,具有重要的理论意义和应用价值。
本研究针对AZ31B镁合金及其焊接接头疲劳性能、裂纹扩展速率及断裂韧度进行研究,利用OM和SEM等手段对材料的组织、裂纹扩展行为及断口进行分析；采用疲劳裂纹扩展理论(Parise公式)对疲劳寿命进行预测；利用临界距离法和热点应力法对不同形式的焊接接头进行疲劳评定；分析了织构对疲劳性能和裂纹扩展速率的影响。
研究认为,在2×106循环次数下,AZ31B镁合金母材的疲劳强度为66.72 MPa,对接、横向十字、纵向非承载十字和侧面连接接头的疲劳强度分别为39.00 MPa,24.38 MPa,32.18MPa和24.40 MPa；焊接接头裂纹均起裂于焊趾部位,裂纹以穿晶方式扩展,塑性变形方式为滑移和孪生。
镁合金及其焊接接头的疲劳断裂均为河流花样组成的脆性断口。
采用TIG熔修和超声冲击(UIT)改善对接和横向十字接头疲劳性能,经TIG熔修处理后,AZ31B镁合金对接和横向十字接头的疲劳强度分别为41.68 MPa和34.13 MPa,与处理前相比较,分别提高了6.9%和39.9%。
经过UIT后,十字接头的疲劳强度为24.7 MPa,比焊态试样提高了43.6%。
疲劳裂纹扩展试验结果表明,T-L、L-T(第一、二个字母分别表示裂纹面的法线方向和表示预期的裂纹扩展方向；L表示长度或主变形方向,T表示宽度方向)方向试件裂纹扩展方向与切口方向平行,疲劳裂纹在AK达到5.5 MPa·m1/2、5.7 MPa·m1/2左右时,开始进入快速扩展阶段。
AZ31B镁合金薄板交流TIG焊接接头组织和性能研究
ＷＵ Ｘ ｉ ａ ｏ ｊ ｕ ｎ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｈ ｕ ａ ｉ ｊ ｉ ａ ｎ ， Ｂ Ａ Ｉ Ｌ ｉ
（ ｔ ． Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ￣Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ １ １ ２ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍ ｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ， ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ ｇ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｄ ｅ ｄ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｗ ｅ ｌ ｄ ｅ ｄ ｚ ｏ ｎ ｅ ｈ ａ ｓ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｄ ｅ ｄ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｓ ａ ｓ ｌ ｏ ｗ ａ ｓ ２ １ ＭＰ ａ ． Ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｓ ｂ ｒ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｑ ｕ ａ ｓ ｉ — ｃ ｌ ｅ ａ ｖ ａ ｇ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｎ ｒ ｅ ，
AZ31B镁合金板材超塑性变形与断裂机理研究
收稿日期:2005-04-03 基金项目:重庆市科委自然科学基金资助项目(8413) 第一作者简介:宋美娟(1963-),女,湖北武汉人,博士研究生,副教授。
AZ31B 镁合金板材超塑性变形与断裂机理研究宋美娟,1,2,王智祥2,汪凌云1,刘筱薇2(1.重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044;2.重庆科技学院,重庆400050)摘要:研究了工业态热轧AZ 31B 镁合金板材的超塑性及其变形机制,在应变温度为723K,应变速率为1×1023s 21的试验条件下,其最大断裂伸长率达到216%,应变速率敏感性指数达0136。
研究结果表明:晶界滑动(G BS )是工业态热轧AZ 31B 镁合金超塑性的主要变形机制,变形初期有动态再结晶发生,断裂是由晶界处形成的空洞不断长大、连接而引起的。
关键词:AZ 31B 镁合金;超塑性;晶界滑动;空洞中图分类号:TG 146.22;TG 135.3 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2005)08-0040-04Superplasticity and Fracture Mechanism of AZ 31B Magnesium Alloy SheetS ONG Mei 2juan ,WANG Zhi 2xiang ,WANGLing 2yun ,LI U X iao 2wei(1.College of Material Science and E ngineering ,Chongqing U niversity ,Chongqing 400044,China ;2.Chongqing I nstitute of Science and T echnology ,Chongqing 400050,China)Abstract :This paper investigate the superplasticity and fracture mechanism in a commercial hot rolling AZ 31B magnesium alloy sheet ,the maximum elongation 2to 2failure reaches 216%at tem peratures 723K and strain rates 1×10s 21,a high strain rate sensitivi 2ty exponent reaches 0.36.Investigation suggest that grain boundary sliding (G S B )is substantial deformation mechanism ,and there is the dynamic re 2crystallization at early stage ,cavity growth and linking to make tensile specimen fractured.K ey w ords :AZ 31B magnesium alloy ;superplasticity ;grain bounding sliding ;cavity 近年来,镁合金以其密度小,比强度、比刚度高,阻尼性、导热性好,电磁屏蔽性强,铸造成本低,易回收,无污染等优点,成为航空、航天、汽车、通讯电子等领域特别是汽车工业构件的优选材料[1,2]。
焊接裂纹的产生原因及防止措施
车载式颠簸累积仪等，各种测定平整度的方法均有不同的特点，并适用
于不同的场合。 1、影响农村公路路面平整度的主要因素 导致农村公路路面平整度差的原因是多方面的，主要由以下几个
原因造成。 1.1 基层顶面平整度较差 基层顶面平整度不好，将直接影响到沥青路面的平整度。由于沥青
（2）碾压方法 在碾压过程中可遵循以下规则：由低度向高处（横坡）碾压，先静止
后振动碾压；碾压时驱动轮在前，从动轮在后；后退时沿前进碾压的轮
迹行驶；压路机折返的平面位置不在同一断面上，而是呈阶梯形等。 （3）碾压控制压实度 沥青面层压实度越高，使用过程中平整度变化越小，因此切不可为
用制动而增加摊铺机的阻力。 （5）合理选择自动找平方式。一般底面层利用基准钢丝绳来确保高
程控制，中、上面层利用浮动基准梁（平衡梁）来达到较好的平整度。 2.5 碾压控制 （1）碾压温度 沥青混合料在限定的范围内温度越高，其可塑性越大，越容易在外
力作用下缩小其空隙率和增加其密实度，越容易获得平整效果。因此， 复压和终压温度必须严格地控制。
塑性不足以适应应力松弛所产生的附加变形时，则沿晶界就会产生再 热裂纹。
3.2.2 防止产生再热裂纹的措施 ①控制母材及焊缝金属的化学成分，适当调整对再热裂纹影响最 大因素的含量。 ②选择抵抗再热裂纹能力高的焊接材料，提高焊缝金属在消除应 力处理方面的塑性。 ③减少接头刚性和应力集中的可能，将焊缝及其与母材交界处打 磨光滑。 ④选用大规范、高线能量进行焊接。 ⑤消除应力回火处理时应避开产生再热裂纹的敏感温度区。 3.3 冷裂纹 冷裂纹是在焊后较低的温度下产生的，焊接中碳钢、高碳钢、低合 金高强度钢、某些超高强度钢、工具钢、钛合金等材料时容易出现这种 缺陷。冷裂纹经常产生在热影响区，有时也产生在焊缝金属中。 冷裂纹的特征是穿过晶粒内部开裂，裂纹断面上没有明显的氧化 色彩，断口发亮。 防止冷裂纹产生的措施： ①选用优质低氢的焊接材料和低氢的焊接工艺方法。 ②严格控制氢的来源，除采用低氢焊接材料或焊接方法外，还必须 仔细烘干焊条和焊剂。 ③加入某些合金元素以提高焊缝金属的塑性。 ④选择合理的焊接规范，减慢焊接接头的冷却速度，改善焊缝及热 影响区的淬硬组织状态。 ⑤选择合理的焊接顺序，减小焊接内应力。 ⑥焊前预热，控制层间温度及焊后保温缓冷或后热，能降低冷却过 度，改善组织，加速氢的扩散逸出。 ⑦焊后焊件应及时进行热处理，以消除焊接内应力，改善接头杂质 性能，并能降低接头中的含氢量。 3.4 应力腐蚀裂纹 应力腐蚀裂纹是指金属材料在某些特定介质和拉应力作用下所发 生的延迟破裂现象。 无明显的均匀腐蚀痕迹，所观察到的应力腐蚀裂纹呈龟裂状，断断 续续。若在焊缝表面上，多以横向裂纹出现。 如果深入金属内部观察应力腐蚀裂纹，它的形态如同树根一样，从 断口的形态来看，是典型的脆性断口。 一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合金、α 黄铜以及镍基合金等， 其应力腐蚀裂纹大都属于晶间断裂性质。裂纹大致沿垂直于拉应力的 晶界向纵深发展，超高强钢似乎是沿原奥氏体晶界开裂。β 黄铜和在氯 化物介质中的奥氏体不锈钢应力腐蚀裂纹多属穿晶开裂。 对于奥氏体不锈钢来讲，当腐蚀介质不同时，则开裂的性质也有不 同，既可能出现沿晶开裂，或者出现穿晶与沿晶的混合开裂。 3.5 层状撕裂 在大型焊接结构中，往往采用 30～100mm 甚至更厚的轧制钢材，轧 制钢材中的硫化物、氧化物和硅酸盐等非金属夹杂物，平行于钢板表面， 片状分布在钢板中。在沿焊件厚度方向的应力（包括焊接应力）作用下，夹 杂物界面就会开裂，从而在焊接热影响区及其附近的母材上，或远离热 影响区的母材上，就会出现具有阶梯状的裂纹，这种裂纹就是层状裂 纹。层状撕裂经常产生在 T 形接头、十字接头和角接接头的热影响区中。 层状撕裂的类型、产生原因及防止措施见表 1。 （下转第 770 页）
AZ31B镁合金焊接接头断裂形式分析
Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁合金焊接接头断裂形式分析
高 睿
（ 辽 宁理 工学 院 工 程技 术 学 院 ， 辽 宁 锦帅『 １ ２ １ ０ ０ ０）
摘 要 ： 镁 合 金 具有 轻 质 高韧低 密度 的 特点 ， 可 以代 替传 统 的铝 合 金 和钢 材 原料 ， 而被 广 泛 应 用 于航 空航 天 、 汽 车及 电 子 领 域 。而合 金 材 料 的焊 接 质 量 直接 影 响金 属 构 件 的使 用性 能 。因此 本 文 采 用拉 剪 力 实验 研 究 了ＡＺ ３ １ Ｂ镁 合金 焊接 接 头在外力作 用下的断裂形式， 对断 口显微结构、 熔核 最大拉应 力及熔核尺寸进行 了分析。 结果表 明， 撕裂式断裂具有韧 性 断 裂 的典 型 显微 形 貌 ，而整核 式 断 裂则 是韧 性 断 裂和 脆 性 断裂 混 合 的结 果 ； 熔 核 最 大拉 应 力会 对 断裂 形 式 产生 影 响 。 当拉 应 力极 值 大 于母 材 抗拉 强度 时 ， 接 头发 生整 核 断 裂 ， 反 之 断 口断 裂形 式为 撕 裂 式 断 裂 ； ５ ． ９ ｍｍ 为撕 裂式 断裂 和 整 核 式 断裂 的 临界 熔 核尺 寸 。 关键 词 ： ＡＺ ３ １ Ｂ镁 合金 ； 断 裂形 式 ； 熔核尺寸 ； 熔核 最 大拉 应 力 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ７ 文 献 标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ２ — ５ ０ ６ ５ （ ２ ０ １ ７） ０ ５ — ０ ０ ０ ７ — ０ ２
．
ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｒ ａ ｗ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ，ｉ ｓ ｗｉ ｄｅ ｌ ｙ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐａ ｃ ｅ ａ ｕｔ ｏｍ ｏ ｔ ｉ ｖｅ ａ ｎｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓ ｉｅ ｆ ｌ ｄ．Ｔｈｅ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ｏｆ ｗｅ ｌ ｄｉ ｎｇ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ａ ｆｅ ｃ ｔ ｔ ｈｅ ｐｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｐｏ ｎｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｓ ｏ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ＡＺ３ １ Ｂ ｍａ ｇ ｎｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏｖ Ｗｅ ｌ ｄｅ ｄ ０ ｉ ｎ ｔ ｗａ ｓ ｉ ｎｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｕｓ ｉ ｎｇ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍ ｏｄ ｅ ｕ ｎｄｅ ｒ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｏ ｅ ，ｔ ｈｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｎ ｕｃ ｌ ｅ ａ ｒ ａ ｎ ｄ ｍａ ｘ ｉ ｍｕｍ
AZ31B镁合金激光焊接接头组织和性能的研究
图１ １ Ｄ Ｌ － Ｈ Ｌ － Ｔ ５ ０ ０ ０激 光 焊机
２ ． ２ 试验 材料
试 验 材料 采 用 Ａ Ｚ ３ １ Ｂ变形 镁 合 金板 材 （ ９ ０ ｍｍ ×４ ０ ｍｍ ×４ ｍ ｍ） ， 其抗拉强度为 ２ ５ ５ ＭＰ ａ ， 母 材 化 学成 分 如表 １ 所示 。采用 Ｃ Ｏ 激光 焊接试 件 。焊 接 前 对试 样 进 行 处 理 ， 油 污 用 丙 酮 清洗 来 去 除 ， 凉 干 后用 钢 丝刷清 理 以去 除表 面的氧化 膜层 。
［ ７ Ｊ Ｍ． Ｄ ｉ ｖ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｉ ， Ｊ ａ ｍ ｌｉ ａ ｎｄ ａ Ｓ ． Ｇ ． Ｓ ｈ ａ ｂ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｉ ． Ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ｉ ｒ ｐ ｓ ｓ ｉ ｚ ｅ
试验采用 Ｃ Ｏ 气保激光平板对接焊 ， 单面焊双 面成 型 。焊接 示意 图如 图 ２ 所示。
２ ． ４ 试样 的制备
作者简介 ： 孔海 旺（ １ ９ ５ ８ 一） ， 男， 汉族 ， 工程师 ， 主要从 事焊接技术 的 研究 。
对 于易 变形 、 不利 于加 工 处 理或 本 身 不易 夹 持
Ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｌ ｏ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｍ ａ Ｃ ｓｔ ａ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ Ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ【 Ｊ ］ ．Ｊ Ｍａ ｔ ｅ ｒ
Ｓ ｃ ｉ ， ２ ０ ０ ６， ４１ ： ２ ３ ７ ３ — ２ ３ ７ ９．
孔海 旺 ， 王学锋
（ 太原 科技 大学 ， 山西 太原
摘
０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
要： 以Ａ Ｚ ３ １ Ｂ变形镁合金 为研究对 象， 采用 Ｃ Ｏ ： 气保激光焊接技术 ， 对Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁 合金 激光焊接接 头的
az31b镁合金tig焊焊接接头组织及力学性能研究
镁合金熔点低ꎬ比强度和比刚度高ꎬ在航空航 天、汽车 工 业 等 领 域 中 有 着 广 阔 的 应 用 前 景[１－３] . ＡＺ３１Ｂ 镁合金属于变镁合金ꎬ被广泛应用ꎬ拥有不 错的室温强度和优良的延伸能力ꎬ但也有化学性质 活泼和抗腐蚀性差的缺点[４－５] .钨极氩弧焊( ＴＩＧ) 焊 是镁合金使用最普遍的焊接方法ꎬ对于镁及镁合金 的焊 接ꎬ ＴＩＧ 焊 相 比 于 其 他 焊 接 方 法 处 于 优 势 地 位[６－７] ꎻＴＩＧ 焊接采用具有阴极雾化能 力 的 交 流 电 源ꎬ能很好的去除镁合金表面的 ＭｇＯ 氧化膜ꎬ得以 提高焊接质量[８] .
(１.广东工业大学机电工程学院ꎬ广东 广州 ５１０００６ꎻ ２.长沙学院机电工程学院ꎬ湖南 长沙 ４１００２２)
摘 要:通过拉伸、硬度测试和金相观察ꎬ研究了焊接工艺参数对 ４ｍｍ 厚 ＡＺ３１Ｂ 镁合金板材的 ＴＩＧ 焊 焊接接头的微观组织和力学性能的影响规律.结果表明:合金的焊接接头包括焊缝区、热影响区和母材区ꎬ 接头的焊缝区硬度最高ꎬ母材次之ꎬ热影响区最低.焊接接头的拉伸力学性能随焊接电流 / 焊接速度的增大 均呈现先上升后下降的趋势ꎬ焊接接头断裂特征均为脆性断裂. 焊接电流为 ８０Ａ 和焊接速度为 ８０ｍｍ / ｍｉｎ 为最佳的板材成形参数.当焊接电流为 ６５Ａ、焊接速度为 ８０ｍｍ / ｍｉｎ 时ꎬ合金的力学性能最好ꎬ抗拉强度、屈 服强度和伸长率分别为 １７７ＭＰａ、８２ＭＰａ 和 １.６％ꎬ分别达到了母材的 ７７％、４８％和 １３％.
ＡＺ３１Ｂ 镁合金在实际焊接过程中ꎬ很可能会产 生裂纹、气孔、夹渣等对镁合金焊接产生不利影响的 焊接缺陷ꎬ同时ꎬ镁合金焊接性不好ꎬ与别的材料的 焊 接 仍 然 存 在 着 许 多 技 术 问 题ꎬ 迫 切 需 要 解 决[１３－１４] .本论文采用 ＴＩＧ 焊对 ＡＺ３１Ｂ 镁合金进行焊 接ꎬ通过分析熔深和熔宽值ꎬ采用硬度、金相和拉伸 试验ꎬ来研究焊接电流和焊接速度对合金焊缝成形、 焊接接头的微观组织及力学性能的影响ꎬ并找出最 佳工艺参数.
AZ31镁合金交流脉冲TIG焊接组织与性能研究
AZ31镁合金交流脉冲TIG焊接组织与性能研究AZ31镁合金是一种具有优异力学性能和耐腐蚀性能的轻质金属材料，因此在航空航天、汽车制造和电子设备等领域得到了广泛的应用。
而在镁合金的加工中，焊接是其中一项重要的工艺之一。
本文将针对AZ31镁合金在交流脉冲TIG焊接过程中的组织与性能进行深入研究。
一、AZ31镁合金的材料特性AZ31镁合金是一种含锌的镁合金，具有良好的塑性和耐腐蚀性，同时具有很高的比强度和比刚度。
AZ31镁合金被广泛用于制造汽车零部件、航空航天设备和医疗器械等领域。
由于镁合金的特殊性质，其加工难度较大，尤其是焊接工艺更是面临着许多挑战。
二、AZ31镁合金的焊接方法在AZ31镁合金的焊接过程中，常用的焊接方法包括氩弧焊、激光焊、摩擦焊和TIG焊等。
而在这些方法中，TIG焊是一种常用的手工焊接方法，其适用于对焊接过程要求较高的材料和工件。
而交流脉冲TIG焊接作为TIG焊的一种改进形式，能够有效控制焊接过程中的熔池形态和减少热输入，从而获得更好的焊接质量。
三、AZ31镁合金交流脉冲TIG焊接的工艺参数在AZ31镁合金的交流脉冲TIG焊接过程中，影响焊接质量的工艺参数包括焊接电流、焊接电压、脉冲频率、脉冲宽度等。
焊接电流和焊接电压是影响熔池形态和焊接热输入的重要参数，而脉冲频率和脉冲宽度则能够影响焊接热源的稳定性和熔池的凝固形态。
四、AZ31镁合金交流脉冲TIG焊接组织特征通过对AZ31镁合金在交流脉冲TIG焊接过程中的组织特征进行观察和分析，可以发现焊缝区域的组织主要包括晶间腐蚀区、热影响区和熔化区。
晶间腐蚀区是焊接过程中由于镁合金的特殊化学成分而产生的缺陷，会影响焊接接头的力学性能。
热影响区是焊接过程中受热作用影响而发生的组织改变区域，其硬度和强度较基材降低。
而熔化区则是焊接过程中最终形成的熔池凝固区域，其组织特征直接影响着焊接接头的综合性能。
五、AZ31镁合金交流脉冲TIG焊接接头性能测试为了评估AZ31镁合金交流脉冲TIG焊接接头的性能，我们进行了一系列的接头性能测试。
基于激光-TIG复合焊接镁合金AZ31B焊接工艺探讨
基于激光-TIG复合焊接镁合金AZ31B焊接工艺探讨摘要：镁合金有着密度小、比强度高、散热性好等诸多优点。
因此，在现代生产生活中，镁合金发挥着重要的作用。
由于镁元素比较活跃，一般情况下镁合金都有着容易氧化燃烧的缺点。
这就为镁合金的焊接提出了挑战。
因此，在镁合金的焊接中经常应用到TIG焊接技术。
激光焊接是现在广泛应用于金属焊接的一种高精度焊接方法，对于现代精密仪器的生产有着重要的意义。
为了将激光焊接应用到镁合金焊接中，本文通过分析激光焊接与TIG焊接复合使用的可行性和方法，对镁合金AZ31B的焊接技术革新进行了分析探讨。
这些研究对焊接技术的发展和镁合金的应用有着重要的意义，有很好的现实价值。
关键词：激光焊接；TIG焊接；镁合金引言金属镁是一种化学性质比较活泼的物质，在正常环境下容易发生氧化、燃烧等多种化学反应。
如果在镁金属中加入一定量的其它金属元素，例如铝、锌、锰等，则会产生一种低密度、高比强度、承载能力好的合金，即为镁合金。
凭借着自身的诸多优点，镁合金被广泛应用在航天、运输、化工等方面。
在现代金属加工工艺中，焊接是一种比较常见的加工方式。
由于镁元素的特性，利用常规高温焊接的方法很难实现对镁合金的焊接加工。
因此，现阶段镁合金的焊接加工通常采用了TIG焊接（钨极惰性气体保护焊）的加工方式。
为了将镁合金更好地应用航天等领域，我们需要将高精度的激光加工引入到镁合金焊接加工中。
由于激光会产生很高的温度。
因此，要利用激光实现对镁合金的焊接，需要与TIG焊接复合使用。
本文拟通过镁合金AZ31B作为例子，研究探讨激光-TIG复合焊接在镁合金焊接中的应用。
一、激光-TIG复合焊接与镁合金AZ31B激光焊接是现代高精度加工中常见的一种焊接方法。
由于激光焊接在工作的过程中会产生极高的温度，在部分易氧化燃烧金属中的应用受到一定的限制。
因此，对于此类金属的激光焊接通常采用了激光焊接与TIG焊接复合工作的方式。
1.1 激光-TIG复合焊接激光焊接的工作原理是利用高能量密度的激光束作用于加工点，使其满足焊接的要求。
AZ31B镁合金焊接接头疲劳裂纹扩展机理.
AZ31B镁合金焊接接头疲劳裂纹扩展机理基于轻质高强的优势, 镁合金材料将成为“陆海空天”交通运载工具的优选材料, 但其疲劳性能尤其是焊接接头的疲劳性能成为制约镁合金材料广泛应用的瓶颈。
本文采用紧凑拉伸试件(CT) 方法对镁合金材料及其焊接接头的疲劳裂纹扩展机理进行了研究。
论文着重测试了AZ31B镁合金材料、AZ31B镁合金TIG 焊焊接接头、焊缝金属、焊接热影响区的疲劳裂纹扩展速率, 在此基础上研究了能直观反映疲劳裂纹扩展性能的da/dN- AK曲线,研究了它们的疲劳裂纹扩展机制, 并进行了对比分析, 特别考虑了挤压方向因素对疲劳断裂速率和路径的影响。
对切口与挤压方向平行、垂直和倾斜45o的AZ31B镁合金材料CT试件进行疲劳裂纹扩展速率测定。
其da/dN- AK曲线的Parise公式常量C和n如下：平行试件在3.7< A K W5.5MPa・m?l勺范围内为3.66 X 10-8和3.67,在5.5< A K<6.1MPa- m?范围内为1.00 X 10-21 和22.1,在6.1< A K< 12.0MPa・ m? 范围内为1.57 X 10-5和1.60;垂直试件在5.7< A K<7.5MPa- m?范围内为9.71 X 10-13 和5.17,在7.5 <A K< 12.6MPa- m?范围内为2.37 X 10-7 和3.35; 倾斜45o 试件在 4.1< A K W6.0MPa- m?范围内为 1.88 X 10-13 和11.8,在6.0< A K W6.12MPa- m?范围内为2.67 X 10-17 和15.9,在6.12< A K W6.4MPa- m? 范围内为2.54 X 10-18 和17.3,在6.4< A K W9.0MPa- m?范围内为3.02 X 10-4 和-0.107, 在9.0 同主题文章[1] .何波, 胡宗武, 孙小明, 孙涛. 结构钢焊接接头的疲劳裂纹扩展宏观特性' [J]. 机械设计与研究. 1998.(03)[2] .周昌玉,黄文龙，陈国华.07MnCrMoVF钢焊件疲劳裂纹扩展速率’[J]. 南京化工大学学报. 1996.(S1)[3] .史耀武, 史轩. HG80 钢及其焊接接头的疲劳裂纹扩展' [J]. 机械工程材料. 2003.(08)[4] .马建民, 李敬勇. 焊接缺陷对铝合金焊接接头疲劳性能的影响' [J]. 材料开发与应用. 2003.(06)[5] .余圣甫, 王杰, 朱鸿官, 田锡唐. 力学性能非对称焊接接头疲劳裂纹扩展规律' [J]. 华中理工大学学报. 1997.(10)[6] .陈家权, 谢里阳, 徐灏. 15MnVN 钢焊接接头疲劳性能的试验研究' [J]. 机械强度. 1998.(01)[7] .金学伟.16Mn热轧钢焊接接头疲劳裂纹扩展的显微组织分析’[J].机械设计与制造• 1998.(02)[8] .回丽,谢里阳,何雪浤,曹志韬,刘建中.TC2钛合金焊缝与母材性能对比试验研究’[J]. 机械强度.2004.(04)[9] .焊接接头的强度’[J]. 机械制造文摘-焊接分册• 1994.(03)[10] .贾星兰.T 型焊接接头的低温P-da/dN—AK曲线’[J].机械强度. 2001.(02)【关键词相关文档搜索】：材料加工工程；镁合金材料；焊接接头；疲劳裂纹；扩展速率；疲劳性能【作者相关信息搜索】：太原理工大学；材料加工工程；王文先；梁培阳；。
AZ31B镁合金TIG焊裂纹形成机理及其预防措施
３ ｈ内须 完成焊接。 采用单面焊双 面成形工艺 ， 焊接 过 程 用 双 重氩 气保 护 。 接工 艺 参 数 如 表 ２所示 。 焊 焊 接接头 的坡 口如 图 １ 所示 。 实验 所用填 充材 料 本 Ａ ４ Ｍ 的化学 成分如 表 ３所示 。 ｚ０
纹 ； 用 Ａ ３ Ｂ作 为填 充材料 或 直接 对 焊 时 ， 采 Ｚ １ 焊缝 均有 裂纹 。 一 ｖ
关键 词 ： 焊接 ； 镁合金 ； 裂纹 中 圈分 类 号 ：Ｇ ５． Ｔ ４ ７１ ９ 文献 标 识码 ： Ｂ
文章 编 号 ： ０－ ３３ ０ ６１－ ０４ ０ １ １２０（ ０） － ５ ＿ ３ ０ ２ ００
ｕｓ ｄ ａｓｔ ｅ ｆｌｅ ｔｌ ｎ ｒｃｋ ａ ｐｅ ｒ ｎ ｈ ｌ ｅ ｍ ． ｈｌ ｈ ｅ ｈ ｌ ｒｍｅａ ， ｏ ｃ ａ ｐ ａ ｓｉ ｔｅ ｗｅｄ ｓ ａ Ｗ ｉｅ ｔ ｅ ＡＺ３１ ｉ ｅ ｏ ｏ ｆｌ ｒ ｍｅａ ｓｕｓ ｄ，ｈｅ ｃ ａ ｋ ａ ｅ ｒ ｎ ｉ Ｂ ｓｕｓ ｄ， ｒｎ ｉｌ ｔｌｉ ｅ ｔ ｒ ｃ ｐｐ ａ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｗｅ ｄ ｓ ａ ． ｈ ｌ ｅ ｍ
ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｉ ｒ ｌｔｄ ｔ ｈ ｈ ｍｉａ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆｔ ｅ ｆ ｌ ｒｍｅａ ． ｅ ＡＺ ０ ， ｉ ｈ ｂ ｉ ｇ ｗｉ ｏ ｏ ｔ ｎ ｆＺ ｓ ｎ ｉａｅ ｔａ ｈ ｒ ｃ ｓ ｅａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｅ ｃ ｌｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｏ ｈ ｌ ｔ１ ｉ ｉ ｅ Ｔｈ ４ Ｍ ｗｈｃ ｅｎ ｔ ｌｗ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｎ ｉ ｈ
机 理 及 其 预 防 措 施 姚 Βιβλιοθήκη 湘 。 蒋德 平 ， 再 贵 杨
焊接裂纹产生原因及防治措施
焊接裂纹产生原因及防治措施焊接裂纹是焊接过程中常见的缺陷之一，它会降低焊接接头的强度和密封性，严重影响焊接质量。
本文将从焊接裂纹产生的原因和防治措施两个方面进行探讨。
一、焊接裂纹产生的原因1. 焊接应力过大：焊接过程中，由于材料的热膨胀和收缩，会产生焊接应力。
如果应力过大，就容易引起焊接裂纹的产生。
2. 材料的选择不当：焊接材料的选择不当，例如选择了冷脆性较大的材料，容易在焊接过程中产生裂纹。
3. 焊接参数设置不合理：焊接参数的设置是影响焊接质量的关键因素之一。
如果焊接电流过大或过小，焊接速度过快或过慢，都会导致焊接裂纹的产生。
4. 焊接时的工艺操作不当：焊接操作不规范也是焊接裂纹产生的原因之一。
例如焊接时没有进行预热、焊接过程中没有使用适当的焊接顺序等。
5. 焊接材料的质量问题：如果焊接材料本身存在缺陷，例如含有太多的杂质或气孔，也容易导致焊接裂纹的产生。
二、焊接裂纹的防治措施1. 合理控制焊接应力：通过合理的焊接参数设置和焊接顺序安排，可以减小焊接应力的产生。
此外，还可以采用局部预热、焊后热处理等方法来降低焊接应力。
2. 选择合适的焊接材料：在进行焊接工艺设计时，应根据具体情况选择合适的焊接材料，避免选择冷脆性较大的材料。
此外，还要确保焊接材料的质量，避免使用存在缺陷的材料。
3. 合理设置焊接参数：在进行焊接操作时，要根据具体情况合理设置焊接参数，如焊接电流、焊接速度等。
可以通过试验和经验总结来确定最佳的焊接参数。
4. 规范焊接操作：进行焊接操作时，要严格按照焊接工艺要求进行操作，如预热、焊接顺序等。
同时，要保证焊接设备的正常运行和维护，避免因设备故障导致焊接裂纹的产生。
5. 加强焊后检测和质量控制：焊接完成后，要进行全面的焊后检测，发现裂纹及时进行修复。
同时，要加强质量控制，确保焊接质量符合要求。
焊接裂纹的产生原因较为复杂，涉及材料、焊接参数、工艺操作等多个方面。
为了防止焊接裂纹的产生，需要从多个方面进行控制和改进，提高焊接质量。
镁合金压铸热裂纹形成机制及工艺对策
镁合金作为一种常见的轻金属材料，常常用于汽车、航空航天等领域。
然而，镁合金在压铸加工过程中容易出现热裂纹，严重影响制品质量。
为了解决这一问题，有必要深入探讨镁合金压铸热裂纹的形成机制及相应的工艺对策。
一、镁合金压铸热裂纹形成机制1.1 晶粒细化效应晶粒细化是影响镁合金压铸热裂纹形成的重要因素之一。
镁合金中存在大量的二次晶粒，当在加热循环中晶粒尺寸大于临界尺寸时，易引起热裂纹。
1.2 合金成分镁合金中的合金成分对压铸热裂纹形成有重要影响。
一些合金元素的含量过高或者变化过大都会导致晶界偏聚，从而诱发热裂纹。
1.3 压铸工艺参数压铸工艺参数的选择对热裂纹形成也有着直接影响。
浇注温度、模具温度、模具设计等因素都会影响镁合金的凝固行为，进而影响热裂纹的形成。
二、镁合金压铸热裂纹的工艺对策2.1 晶粒细化处理通过合理的晶粒细化处理，可以有效减小镁合金晶粒的尺寸，减缓热裂纹的形成。
主要采用稀土元素的添加、合金化扩散处理等方法。
2.2 合金成分优化对镁合金中的合金成分进行优化，控制合金元素的含量和变化范围，避免晶界偏聚，减少热裂纹的发生。
采用合金化的方法，提高合金的热稳定性。
2.3 工艺参数优化在压铸过程中，合理选择浇注温度、模具温度、压铸速度等工艺参数，控制凝固过程，减少热裂纹的形成。
适当改进模具设计，提高镁合金的充型性和凝固性。
镁合金压铸热裂纹的形成机制主要包括晶粒细化效应、合金成分以及压铸工艺参数等因素。
为了有效解决该问题，可采取晶粒细化处理、合金成分优化以及工艺参数优化等工艺对策。
希望本文的内容能对相关领域的研究和实践工作提供一定的参考和帮助。
镁合金是一种重要的轻金属材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，因此在汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。
然而，在镁合金的压铸加工过程中，容易出现热裂纹问题，严重影响制品的质量和性能。
为了解决这一问题，需要深入探讨镁合金压铸热裂纹的形成机制及相应的工艺对策。
镁合金压铸热裂纹的形成机制主要包括晶粒细化效应、合金成分以及压铸工艺参数等因素。
2 mm厚AZ31B镁合金TIG焊接工艺研究
在本次试 验中 ， 采用交流钨极氩弧焊来进行Ａ 高ａ 及深宽 ￣ Ｌ Ｈ ／ Ｂ 是进行衡量所 使用的最 常用 的焊缝形状和尺寸。 多种因素影 响焊接形状尺寸 （ Ｈ、 Ｂ、 ａ ） 这３ 个参 数 ， 其 中， 焊接工艺规 范参数对 其影响最 大 ，
与之相关的有 焊接 电流 、 焊接速度 。 本 实验使用 的是手工填丝 ， 当时 ， 可 以人为 的针对焊接电流 和焊接速度变化对 焊缝余高进
任 海 军
（ 神东矿业公 司， 内蒙古 鄂尔多斯 ０ １ ７ ２ ０ ９ ）
摘 要： 文章采 用钨极氩弧焊 （ Ｔ Ｉ Ｇ ） 对接 头焊接 方式焊接厚度为２ ． ０ ｍ ｍ 的Ａ Ｚ ３ １ Ｂ 镁合金 ， 并对Ａ Ｚ ３ １ Ｂ 镁合金相 关焊接 工 艺进行研 究 ，
并就焊接成型和焊接接 头力学性能所受到的焊接工艺参数 ， 例如焊接 电流和焊接速度等原 因的影响规律进行 了 探讨 ， 利用万能拉伸
然的镁出 口大 国 ，全球有４ ０ ％的原镁 为我 国产 ，且 出 口量达 ８ ０ ％以上。 但是 ， 诸如生产规模 小 、 技 术含量低 、 质量 不稳定等 都是我国镁工业发展存在的问题 ， 所 以在迫切寻求 如何将我 国 的资源优势转化为技术 优势 、 产 品优势 ， 以此促 进我国镁合金
程 中， 焊接在结构件成型 中所 占比例重大 。 但是镁本身就有焊 行控制 ， 所 以焊缝余 高基本相 同。 采 用单面焊 可以在对Ａ Ｚ ３ １ Ｂ 接性差 的问题 ， 此外人们对 于镁 合金认识太过肤 浅 ， 很少研究 薄板进行钨极交流氩弧焊时获得双面成形 良好 的焊缝 。
镁合金焊接性及焊接工艺 。 当前我 国镁合金应用的瓶颈就是镁 合金焊接问题 ， 并且世界各国都在高度重视这一问题 。
AZ31B宽幅镁合金铸轧板材热轧边裂原因分析
AZ31B宽幅镁合金铸轧板材热轧边裂原因分析马立峰;庞志宁;马自勇;徐海洁;蒋亚平【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2014(032)005【摘要】宽度150mm的AZ31B镁合金铸轧板材在轧制温度为350℃,轧制速度为0.5m/s,压下率分别为10％,20％,30％的不同工艺条件下进行了数值模拟和热轧实验研究.结果表明:同一温度条件下,随着轧制压下量的增大,镁板内部金属流动具有各向异性,其内部层片状结构的结合力随应变量的增大而减弱;在显微组织中,所产生的机械孪晶会随着轧制压下而压弯,甚至产生较小的次生孪晶,大小不一的孪晶组织会产生局部应力集中,从而产生微裂纹失稳扩展,边部的损伤因子随之增大.因此,减少长条形孪晶和第二相β-(Mg17Al12)的产生是控制边部裂纹的关键因素之一.【总页数】6页(P665-670)【作者】马立峰;庞志宁;马自勇;徐海洁;蒋亚平【作者单位】吉林大学超塑性研究所,吉林长春130025;太原科技大学重型机械教育部工程研究中心,山西太原030024;太原科技大学重型机械教育部工程研究中心,山西太原030024;太原科技大学重型机械教育部工程研究中心,山西太原030024;太原科技大学重型机械教育部工程研究中心,山西太原030024;太原科技大学重型机械教育部工程研究中心,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG146.22【相关文献】1.热轧AZ31B镁合金板材超塑成形性能研究 [J], 宋美娟;汪凌云;王智祥;向毅2.双辊铸轧和热轧处理 AZ31B 镁合金的动态拉伸性能 [J], Ping ZHOU;Elmar BEEH;Meng WANG;Horst E. FRIEDRICH3.AZ31B铸轧镁合金板材的预变形温热拉深 [J], 刘志民;邢书明;鲍培玮;李楠;姚淑卿;张密兰4.双辊铸轧和热轧处理AZ31B镁合金的动态拉伸性能 [J], ;5.热轧AZ31B镁合金板材超塑成形性能研究 [J], 宋美娟; 汪凌云; 王智祥; 向毅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
AZ31镁合金板材轧制过程边裂形成原因分析
AZ31镁合金板材轧制过程边裂形成原因分析赵鸿金;李涛涛;杨正斌;胡玉军;张兵【摘要】To concern the edge cracks of AZ31 Mg alloy sheet during rolling, in this paper, we study the effect of rolling temperature on edge cracks of AZ31 Mg alloy by numerical simulation and the effect of width to thickness ratio, passes and work roll diameter on the edge cracks of Mg sheet by hot rolling on laboratory mill. The results showed that the apperace of edge cracks was due to several factors including rolling temperature, passes, roll diameter and width to thickness ratio. The theoretical research proved that if the others conditions keep constant, the decrease of Mg sheet's width to thickness ratio could reduce the edge tensile stress, thus reduce transverse cracks. With b>( R ·△h ) 1/2 , increasing sheet width could raise the rolling stress. For the same size slab, the friction of Mg plate increases with increasing roll diameter. This can release plasticity of Mg sheet and decrease the possibility of emerging edge cracks.%针对AZ31镁合金板材轧制过程中出现边部裂纹的问题,采用数值模拟方法研究了AZ31镁合金板材轧制过程中轧制温度对板材边裂的影响,利用实验室热轧试验方式研究了AZ31镁合金板坯宽厚比、轧制道次数以及工作辊直径等工艺参数对镁板边部裂纹的影响.研究表明,边裂的产生多数情况是由于几种因素共同作用的结果,其主要影响因素有轧制温度、道次加工率、轧辊直径以及板坯宽度和厚度等.在其他条件不变的情况下,减少板材宽厚比,可降低边部所受拉应力,有利于减少横向裂纹产生;当b>(R·△h)1/2时,随着板材宽度增加,轧制力逐渐升高,边部产生横向裂纹的几率增加;对于相同规格板坯,随着辊径增大,轧制过程中板坯的宽展量和所受摩擦力逐渐增加,有利于发挥板材塑性从而减小边部裂纹产生的趋势.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2015(023)006【总页数】5页(P93-97)【关键词】AZ31镁合金;边部裂纹;边部拉应力;切边厚度;宽厚比【作者】赵鸿金;李涛涛;杨正斌;胡玉军;张兵【作者单位】江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TG335.5+6镁合金是实际应用中质量最轻的金属结构材料，具有密度低，比强度和比刚度高，散热快，电磁屏蔽能力强，阻尼减震性能较好，铸造、切削加工性能优良且尺寸稳定等诸多优点，在航空，3C领域等得到了日益广泛的应用［1-3］.但由于常用镁合金具有密排六方晶体结构，其变形性能不及铜和铝.通常，镁板在轧制过程中容易产生边裂现象［4-6］，许多学者对此已经做了深入研究.黄志权［7］等研究了轧制温度对AZ31B镁合金板材边裂和组织的影响；马立峰［8］等发现在350℃下，随着压下量的增加，AZ31B镁板边部的损伤也随之增大，边部裂纹出现的次数增多.由于镁板塑性差，轧制时产生边裂是不可避免的问题［9］，因此，如何减小边部纹裂的宽度，尽可能的充分利用镁板，是工程技术人员研究的重点.本文从影响板材轧制边裂因素和切边厚度选择等多个角度重点分析了产生裂纹的原因，以及减小边部纹裂的宽度，提高成材率的方法.实验原料为某企业生产的AZ31镁合金连续铸造板坯，原始厚度15 mm，化学成分见表1.板坯在400℃下进行13 h均匀化退火，然后加热到430℃热轧，道次加工率控制在5%～20%.轧制在规格为Φ320 mm×500 mm的二辊轧机上进行，辊速为1.47 rad/s，采用SX-12-10型箱式电阻炉加热.轧制前将轧辊表面温度预热到150℃.轧制时观察板材表面变化及裂纹扩展情况，当板坯按照既定工艺轧制得到3.0、2.0、1.5、1.0 mm样品时，将边部开裂部分切掉，继续轧制，待轧至0.6 mm时观察镁板边部变化.参照相关资料，将AZ31镁合金铸轧板坯应力-应变曲线［10-12］导入Deform-3D软件的材料库中，进行轧制模拟.模拟选取AZ31镁合金板坯宽度和厚度分别为100和15 mm，单道次压下量为1.5 mm；数值模拟板材轧制温度设定为430、400、350、300℃，轧辊温度为150℃，轧机参数同上.2.1 边部裂纹宏观检验出现边部裂纹的AZ31镁合金宏观形貌如图1所示，裂边主要分布在镁合金两侧，裂纹在边部呈现不规则分布，开口较宽，边缘粗糙且开口方向基本垂直于轧制方向；部分裂纹沿轧制方向横向延伸，裂纹延伸至距边部约20 mm；板材侧面裂纹与上表面呈45°夹角.2.2 边裂的主要影响因素影响板材轧制边裂因素较多，板坯成分均匀性、轧制温度、道次加工率、流变应力、轧辊大小、温度以及板坯宽度和厚度等都与边裂有关，但边裂的产生大多数情况是由多种因素共同作用的结果.2.2.1 轧制温度对板材边裂的影响其他条件不变，板坯轧制温度分别为430、400、350和300℃，当4块镁板都出现裂纹后，比较发现，边部裂纹长度随着轧制温度的降低逐渐增长.当轧制温度分别为300、350、400、430℃时对应的边部最大损伤因子依次为0.126、0.123、0.122、0.119，说明随着轧制温度降低，边部损伤因子逐渐增大.COCKCROFT和LATHAM［13］认为对于已知材料，在一定的温度和应变速率下，当损伤因子达到材料的临界损伤因子时材料产生断裂.由此可知，当镁板轧制温度降低时，板材边部开裂趋势增大，这与实验结果相符合.有研究［7］指出，镁合金板坯因温降而引起中部与边部存在较大的温差，致使轧制过程中板坯中部与边部在纵向上存在金属流动量的差异，从而使边部受到附加拉应力的作用，当边部所受的附加拉应力超过其断裂强度极限即产生了边裂.图2为单道次轧制过程中，不同轧制温度下镁板温度场数值模拟结果.当轧制温度为300、350、400、430℃时，镁板中心与边部温度差分别为24、32、39、41℃，轧制温度越高，镁板中心与边部的温度差越大.在一定范围内，镁板塑性随温度的升高逐渐增加，虽然轧制温度低时板材中心与边部温差小，板材边部与心部金属性能相对均匀，但温度低时板材塑性差，轧制过程中很容易产生边裂现象.综上所述，轧制温度越低，板材边部与心部金属性能越均匀，但镁板塑性随温度降低逐渐下降，边部出现裂纹的几率大大增加.2.2.2 道次数对边裂的影响厚度为15 mm原始板坯在430℃下分别采用不同道次进行轧制，保持总加工率（50%）不变，其结果见图3.由图3可以看到，板坯经8道次轧制情况下，板材表面较平整，边部未见有明显裂纹，如图3（a）所示；经6道次轧制时，轧板边部出现长20 mm的断断续续小裂纹，如图3（b）所示；而经3道次轧制时镁板边部裂纹穿透心部，镁板失效，见图3（c）.这表明，在总加工率不变的情况下，道次数越少，AZ31镁板边部的损伤也随之增大，同时边部裂纹增多且迅速长大.2.2.3 板坯宽厚比对轧制边裂的影响由采里柯夫公式可知，轧件宽展量与板宽之间存在反比关系，当轧制过程中其他因素不变时，随板材宽度的增加，轧件宽展量逐渐减小.当b＜（R·△h）1/2时（其中b为板宽，R为轧辊半径，△h为单道次压下量），宽展量随着板坯宽度的增加逐渐增大；当b＞（R·△h）1/2时，宽展量随着板坯宽度的增加逐渐减小；当b=（R·△h）1/2时，宽展量相比于其他条件时最大.同一宽度板材，宽展越大，变形越不均匀，板材越容易开裂；不同宽度板材，随其宽度增加开裂几率逐渐提高.理论上，轧件边部在宽展时，受附加的拉应力，而中间部分受附加压应力，金属的宽展越大，这种应力也愈大.通常，这些应力的存在并不能影响轧件边缘的完整性.但当边部受到的应力超过金属的抗拉强度时，就会产生横向裂纹.因此，在其他条件不变的情况下，b＞1.15（R·△h）1/2，随着宽厚比增加，轧辊辊间应力增加［14］，板材开裂的几率逐渐上升.2.2.4 工作辊半径对AZ31镁合金板材边裂的影响工作辊半径对板坯轧制过程有明显影响，随着工作辊半径的增加，裂纹长度减小.当工作辊半径从150 mm增加到320 mm，总变形量为86%时，裂纹长度从14.8 mm减少到9.7 mm.由采里柯夫公式可知，当b＞（R·△h）1/2时，对于相同规格板坯，随着辊径增大宽展量和板材所受摩擦力逐渐增加，而板材所受摩擦力越大轧制过程中边部塑性越好.对于同一轧件，增加辊径有利于充分发挥板材的塑性，从而减小边部裂纹的长度，由此验证了大辊径轧辊可降低边部裂纹的长度.在实际生产过程中，当b＞（R·△h）1/2时，使用半径较大的工作辊可以降低边裂产生的可能性.2.3 切边厚度对轧板边部裂纹扩展的影响综上分析可以看出，影响镁板轧制边裂［9，15-16］的因素较多，如何提高产品成材率，需考虑综合因素.控制裂纹源，切除边部开裂部分可有效提高成材率.经数据分析发现，在本实验条件下，原始板坯热轧至7 mm开始出现裂纹，道次总加工率为53%；继续轧制，表面裂纹不断向心部扩展，且扩展速度较快，待轧至2 mm后，边部裂纹扩展缓慢.图4为轧板切边前宽度、切边后宽度以及切边后继续轧制得到的板宽.按既定工艺获得的3 mm板坯切除边部轧裂部分，切边后样品热轧至1.7 mm出现边裂，继续轧制，原有裂纹扩展量较小，边部出现许多新的细小裂纹；对切边后的2.0、1.5、1.0 mm样品轧至0.6 mm，轧件表面光亮，边部未发现裂纹，轧制后样品宽度分别为101，103，101 mm.综上所述，切边厚度过大，轧制后边部易出现再度边裂现象，切边厚度较薄，轧制后板材宽度相对较窄，降低了成材率.本研究表明待板材轧制1.5 mm左右对其进行切边处理，既提高了成材率又可得到表面质量良好的镁板.由于实验坯料较小，研究结果可能不具备普遍性，但其意义在于验证了提高成材率的可行性，本课题将继续深入探讨影响镁板轧制边裂的主要因素. 有研究［17］指出，镁板抗拉强度随加工道次增加逐渐升高，结合本实验研究结果认为边部所受拉应力与高温抗拉强度满足图5关系曲线.按照既定工艺进行轧制，轧制初期，边部所受拉应力小于轧板高温抗拉强度，轧板表面质量较好；当轧至k 道次，由于宽厚比发生变化以及加工硬化等因素，使得轧板边部所受拉应力大于其高温抗拉强度，镁板出现裂纹，继续轧制，裂纹不断向心部扩展；待轧至（k+l）道次，将轧板边部裂开部分切除而后继续轧制，在（k+l+m）道次又发现新的裂纹.当轧件不采取切边措施，k道次以后边部所受拉应力将始终大于高温抗拉强度，边部裂纹不断向轧板心部扩展.研究认为裂纹的扩展除与上述影响因素有关，还与边部裂纹源有关.在轧制过程中由于边裂的产生，随着轧制的进行，裂纹将不断通过裂纹源扩展，直至边部应力松弛，不足以驱动裂纹向心部扩展.由此可知，在（k+l+m）道次前制品达到所需厚度，则选择（k+l）道次进行切边，在获得光洁镁板的同时又可提高镁板成材率.1）边裂的产生大多数情况是由于几种因素共同作用的结果，其主要影响因素有轧制温度、道次加工率、轧辊直径以及板坯宽度和厚度等.基体成分越不均匀，越容易在轧制过程中形成边部裂纹.2）在其他条件不变的情况下，当b＞（R·△h）1/2时，随着板材宽度增加，轧制力逐渐升高，边部产生横向裂纹的几率增加.3）当b＞（R·△h）1/2时，对于相同规格板坯，随着辊径增大宽展量和板材所受摩擦力逐渐增加，板材所受摩擦力越大轧制过程中边部塑性越好，因此，增加辊径有利于发挥其塑性减小边部裂纹产生的趋势.【相关文献】［1］ MOEMENI S，ZAREI-HANZAKI A，ABEDI H R，et al.The application of shear compression specimen to study shear deformation behavior of AZ31 Mg alloy at hightemperaturesandquasi-staticregime［J］. 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Journal of Northeastern University（Natural Science），2009，30（04）：539-542.［15］WANG Lifei，HUANG Guangsheng，LI Hongcheng，et al.Influence of strain rate on microstructure and formability of AZ31B magnesium alloy sheets［J］.Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2013，23 （04）：916-922.［16］CHEN Shuying，CHANG Guowei，HUANG Yuduo，et al.Effects of melt temperature on as-cast structure and mechanical properties of AZ31B magnesium alloy［J］. Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2013，23（06）：1602-1609. ［17］张兵，袁守谦，张西锋，等.累积复合轧制对镁合金组织和力学性能的影响［J］.中国有色金属学报，2008，18（09）：1607-1612.ZANG Bing，YUAN Shouqian，ZHANG Xifeng，et al. Effect of accumulative roll bonding on microstructures and mechanical properties of MB2 magnesium［J］.The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2008，18（09）：1607-1612.。
焊接裂纹形成的原因及防止措施
焊接裂纹形成的原因及防止措施焊接裂纹是在焊策应力及其它致脆身分配合感化下,材料的原子联合遭到损坏,形成新界面而产生的裂缝.它具有尖利的缺口和长宽比大的特点,易引起较高的应力分散,并且有延长和扩大的趋向,所以,也是最安全的焊接缺点.裂纹常有热裂纹.冷裂纹以及再热裂纹（清除应力处理裂纹）.一.热裂纹形成及防止罕有的热裂纹有两种：结晶裂纹.液化裂纹.结晶裂纹是焊接熔池初次结晶进程中形成的裂纹,是焊缝金属沿初次结晶晶界的开裂.而液化裂纹是紧靠熔合线的母材晶界被局部重熔,在压缩力的感化下而产生的裂纹.结晶裂纹产生的原因：焊接时,熔池在电弧热的感化下,被加热到相当高的温度,而受热膨胀,而母材却不克不及自由压缩,于是高温的熔池受到必定的压力.当熔池开端冷却时,就以半熔化的母材为晶核开端处结晶.最先结晶的是纯度较高的的合金.最后凝固的是低熔点共晶体.低熔点共晶物的若干取决于焊缝金属中C.S.L等元素的含量.当含量较少时,缺少以在初生晶粒间形成持续的液态膜.焊接熔池的冷却速度极快,低熔点共晶物几乎与初析雷同时完成结晶.是以持续冷却的金属熔池固然受到压缩应力的感化也不至于产生晶间裂纹.当低熔点共晶体量较多时,情形就不合了,初次结晶的偏析程度较大,并在初次结晶的晶体之间形成晶间液膜,当熔池冷却压缩时,被液膜朋分的晶体鸿沟就会被拉开就形成了裂纹.这是重要原因,尚有两个其它原因：一是焊缝金属所经受的应变增长快度大于低熔点共晶物凝固的速度;别的,初生晶体的张大偏向和残留低熔共晶体的相对地位的影响.可见,症结的措施就是：1.应严厉掌握焊缝金属中 C.S.P和其它易形成低熔点共晶体的合金成分的含量,这些元素和杂质的含量越低,焊缝金属的抗裂纹才能越大.当焊缝中C>0.15%,S>0.04%就可能有裂纹消失,假如母材中含碳量很高,就要掌握焊接材料的成分,以使混杂后的碳含量降下来.2.转变焊缝横截面的外形也就转变了焊接熔池的结晶偏向,使之有利于将低熔点共晶体推向不轻易产生裂纹的地位.液化裂纹产生的原因：焊接时紧靠熔合线的母材区域被加热到接近钢熔点的高温,此时母材晶体本身未产生熔化,而晶界的低熔点共晶物则已完整熔化.当焊接熔池冷却时,焊缝应变速度较高.假如这些低熔点共晶物未完整从新凝固之前,接合区就已受到较大应变,则在这些晶界上就会消失裂纹.晶间液层的熔点越低,凝固时光越长,则液化裂纹的偏向越大.液化裂纹的成因归于母材晶粒鸿沟的低熔点共晶物,是以液化裂纹多产生于C.S.P杂质较高的母材与焊缝的熔合鸿沟.可采纳的措施：1.对需用大规范埋弧焊的钢板进行筛选,采取S.P含量较低的钢板.2.对于直边不开坡口的对接接头,加大接缝间隙至4_5mm,如许可在较小的焊接电流下完成全焊头的焊缝.3.将对接焊缝开成V形坡口,采取低规范多道埋弧主动焊.以上工艺办法会下降焊接临盆率,只是在无法改换材料时才用.基本办法照样选用含C.S.P较低的材料.含C0.2%以下,S,P在0.03%以下就不会再消失近缝区的液化裂纹.二.冷裂纹形成及防止焊接接头的冷裂纹重要在屈从极限大于300MPa的低合金钢中产生.钢材的强度越高,焊接产生冷裂纹的可能性越大,在低碳钢的焊接接头中一般不消失冷裂纹.冷裂纹的形成机理可以如下说明：在晦气的前提下焊接时,焊接熔池中消融了较多的氢,焊缝金属快速冷却后,大部分氢快速过饱和溶剂与焊缝金属中.在焊接残存应力感化下,氢逐渐向产生应力与应变分散的热影响区集中,并在某些微区集合.而低合金钢热影响区又往往消失马氏体淬硬组织,他的塑性变形才能很低.当氢的浓度达到某一临界值时,变脆的金属即使是渺小的应变也经受不起,而在残存应力的感化下就会开裂.安全的是这些开裂面会进一步扩大,并且在裂纹的端部会有氢凝集导致新的开裂,最终成长成宏不雅裂纹.防止的措施：1.掌握近缝区的冷却速度,使之不轻易形成淬硬组织;2.将工件预热（下降冷却速度）;3.树立低氢的焊接前提.冷裂纹是一种最安全的缺点,具有延迟性.有的甚至在焊缝无损探伤后才形成,而造成不成填补的漏检.三.在热裂纹最罕有的再热裂纹是焊后热处理进程中形成的裂纹,所以又叫“清除应力处理裂纹”.产生于具有沉淀硬化偏向的低合高强钢和奥氏体不锈钢中.个中CrMoV,CrMoVB,MnNiMoV型等低合金钢对再热裂纹由最高的迟钝性.防止的措施：1.选用对这种裂纹不迟钝的材料制作压力容器.Mn钢.MnMo钢.MnNiMo钢一般无再热裂纹偏向.2.其次可恰当的转变工艺前提.。
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对接焊试验， 其化学成分见表 １。实验前采用机械清 理方法， 清理坡口及两侧表面氧化物， 清理范围为 焊接试件正反面距离坡口中心 ２５ ｍｍ 内， 使之露出金 属光泽。由于镁合金的化学特性较为活泼， 清理后 ３ ｈ 内须完成焊接。采用单面焊双面成形工艺， 焊接 过 程 用 双重氩气保护。焊 接 工 艺 参 数 如 表 ２ 所示［３－４］。 焊接接头的坡口如图 １ 所示。本实验所用填充材料 ＡＺ４０Ｍ 的化学成分如表 ３ 所示。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｅｌｄｉｎｇ； ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ； ＡＺ３１Ｂ； ｃｒａｃｋ
０ 前言
镁合金具有体积质量小、比刚度和比强度高、阻 尼减震性好和易于机械加工等优点， 在航空航天、汽 车、摩托车等领域具有广阔的应用前景。但镁合金 熔点低、线膨胀系数及导热系数高， 导致镁合金在 焊接过程中易出现氧化燃烧、裂纹、热影响区过宽等 问题， 难以获得与母材性能相匹配的焊接接头［１－３］。 ＡＺ３１Ｂ 镁合金由于具有良好的耐蚀性、导热性和较 高的强度， 在汽车领域的应用前景较好， 因此 ＡＺ３１Ｂ 镁合金的焊接性已引起国内外学者的极大关注。在 此， 通过实验分析 ＡＺ３１Ｂ 镁合金 ＴＩＧ 焊接头裂纹形 成机理及其预防措施。
１ 实验
试 验 用 厚 ３ ｍｍ 的 ＡＺ３１Ｂ 镁 合 金 板 进 行 ＴＩＧ
收稿日期： ２００６－ ０４－ ０３ 作者简介： 姚宗湘（１９７８—）， 女 ， 河 南 南 阳 人 ， 硕 士 ， 讲 师 ，
主要从事焊接工艺自动化方面的研究。
·５４· Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
·５６· Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
图 ４ 焊缝中的裂纹 焊接接头的力学性能和降低焊接热裂纹的倾向等 方面考虑。
４ 结论
在 ＴＩＧ 焊工艺条件下， ＡＺ３１Ｂ 有产生热裂纹的 倾向， 其主要原因是填充材料中的 Ａｌ、Ｚｎ 等合金元 素与 Ｍｇ 形成低熔共晶。选用适当的填充材料， 可以 减少镁合金焊接过程中裂纹的产生， 有效提高焊接 质量。
通过对焊接试样的宏观结果分析发现： １ 号试 样没有加填充材料直接对焊， 在焊接试样还未冷却 时有宏观裂纹产生， 并大多在焊缝中心形成； ２ 号试
样以 ＡＺ３１Ｂ 作填充材料， 在试样还未冷却时也有宏 观裂纹产生， 此时产生的宏观裂纹大多数是从焊缝 表面一直延伸到焊缝根部， 产生的位置主要集中在 焊缝中心， 但也有极少部分相对较小的宏观裂纹在 熔 合 区 附 近 产 生 ； ３ 号 试 样 以 ＡＺ４０Ｍ 作 填 充 材 料 焊接时没有宏观裂纹产生。从表 １ 和表 ３ 可以看出， ＡＺ３１Ｂ 与 ＡＺ４０Ｍ 相比， 除了锌元素外， 其他元素的含 量基本相同。当用 ＡＺ４０Ｍ 作填充材料时， 因 ＡＺ４０Ｍ 中锌的含量降低， 致使产生裂纹的倾向减少。这说 明镁合金焊接过程中锌含量不宜过高， 否则容易引 起焊接热裂纹， 导致其焊接性、焊接质量变差。
中图分类号： ＴＧ４５７．１９ 文献标识码： Ｂ
文章编号： １００１－ ２３０３（２００６）１０－ ００５４－ ０３
Ｃｒ ａｃｋ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒ ｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒ ｅ ｆｏｒ ＴＩＧ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ＡＺ３１Ｂ
ＹＡＯ Ｚｏｎｇ－ｘｉａｎｇ１， ＪＩＡＮＧ Ｄｅ－ｐｉｎｇ１， ＹＡＮＧ Ｚａｉ－ｇｕｉ２ （．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４， Ｃｈｉａｎ； ２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ， ４０００４４， Ｃｈｉｎａ）
ω（Ｚｎ） ０．２００
～ ０．８００
ＡＺ４０Ｍ 镁合金的化学成分
ω（Ｍｎ）
０．１５０ ～
０．５００
ω（Ｓｉ） ω（Ｃｕ） ０．１００ ０．０５０
ω（Ｎｉ） ０．００５
％ ω（Ｍｇ）
余量
２ 实验结果与分析
焊接试样的宏观图片如图 ２ 所示。
ａ １ 号试样宏观图片（２×）
ｂ ２ 号试样宏观图片（２×）
ｃ ３ 号试样宏观图片（２×） 图 ２ 焊缝的外观形貌
从 ３ 个 试 样 的 焊 缝 显 微 组 织（见 图 ３）也 可 以 观察到， １ 号试样和 ２ 号试样都有微观裂纹出现， 而 ３ 号试样没有裂纹产生。３ 个试样都有部分气孔 出现。
在实验过程中还发现， 有弧坑裂纹、微观裂纹 以及伴随杂质产生的微裂纹等裂纹存在。弧坑裂纹 （见图 ４ａ）是从焊接弧坑的上表面一直延伸到根部， 用肉眼可以观察到， 焊接实验结果显示， 大多数 ＡＺ３１Ｂ 均有弧坑裂纹产生； 微观裂纹（见图 ４ｂ， 沿垂直焊缝 方向剖截）是在制取金相试样的过程中发现的， 由于 显微镜放大区域有限， 不能完全反映这些微观裂纹 的起止位置， 在观察组织中发现， 微观裂纹从焊缝 上表面开裂， 但是没有开裂到焊缝根部， 而是延伸 到焊缝的上表面； 伴随杂质产生的微裂纹（见图 ４ｃ） 是从杂质处开始， 在焊缝中某一位置终止。在实验过 程中发现， 宏观裂纹和弧坑裂纹都是在处于高温阶 段产生的， 根据文献［３］报导， 镁合金中镁很容易与 一些合金元素（如 Ｃｕ， Ａｌ， Ｚｎ， Ｎｉ 等）形成低熔点共晶 体， 如 Ｍｇ－ Ａｌ 共晶体的熔点是 ４３０ ℃， Ｍｇ－ Ｚｎ 共晶体 的熔点是 ３４８ ℃。由于纯镁和少数镁合金的屈服强度 较低， 为了提高其力学性能， 通常在该合金中加入 Ａｌ 和 Ｚｎ 来提高强度。但是随着铝和锌的含量增加， 结晶区显著增大， 共晶体的量增多， 但是过多的铝 和锌的加入加大了镁合金焊接时的热裂倾向， 因此 焊接时出现了热裂纹。
３ 焊接裂纹的防止措施
为防止镁合金焊接时裂纹的产生， 可以从冶金 因素和工艺因素两个方面入手。在冶金因素方面， 主 要是控制焊缝中的 Ａｌ 和 Ｚｎ 的含量， 减小脆性温度 区间。在试验中， 采用含 Ｚｎ 较少的 ＡＺ４０Ｍ 作填充材料 时， 产生焊接裂纹的倾向大为降低。同时还可以通过
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ ·５５·
第 ３６ 卷 第 １０ 期 ２００６ 年 １０ 月
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２００６
AZ31B 镁合金 TIG 焊裂纹形成 机理及其预防措施
姚宗湘 １， 蒋德平 １， 杨再贵 ２
（１．重庆科技学院 材控教研室， 重庆 ４０００４２； ２．重庆大学 机械工程学院， 重庆 ４０００４４）
参考文献：
［１］ 袁 序 弟 ．镁 合 金 在 汽 车 工 业 的 应 用 前 景 ［Ｊ］．汽 车 科 技 ， ２００２（３）： １－ ４．
［２］ 许小忠， 刘 强， 程 军．镁合金在工业及国防中的应用［Ｊ］． 华北工学院学报， ２００２， ２３（３）： ｌ９０－ ｌ９２．
［３］ 中国机械工程学会焊接学会．焊接手册第二册— ——材料 的焊接［Ｍ］．北京： 机械工业出版社， ｌ９９２： ５２ｌ－ ５２２．
表 １ ＡＺ３１Ｂ 镁合金的化学成分
％
ω（Ａｌ） ω（Ｚｎ） ω（Ｍｎ） ω（Ｃａ） ω（Ｓｉ） ω（Ｃｕ） ω（Ｎｉ） ω（Ｍｇ）
２．５００ ０．５００ ～～
３．５００ １．５００
０．２００ ～ ０．０４０ ０．１００ ０．０５０ ０．００５ 余量
０．５００
表 ２ ＡＺ３１Ｂ 镁合金焊接工艺参数
试件 母材种类 填充材料 焊接电流 氩气流量 钨极直径
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ ｆｏｒ ＴＩＧ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ＡＺ３１Ｂ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ．Ｔｈｅ ＡＺ４０Ｍ， ｗｈｉｃｈ ｂｅｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｚｎ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ， ｎｏ ｃｒａｃｋ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｓｅａｍ．Ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ＡＺ３１Ｂ ｉｓ ｕｓｅｄ， ｏｒ ｎｏ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ ｉｓ ｕｓｅｄ， ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｓｅａｍ．
组号
Ｉ／Ａ Ｑ／Ｌ·ｍｉｎ－１ ｄ／ｍｍ
１ ＡＺ３１Ｂ
无
８０
１５
３
２ ＡＺ３１Ｂ ＡＺ３１Ｂ ８０
１５
３
３ ＡＺ３１Ｂ ＡＺ４０Ｍ ８０
１５
３
研究与设计
姚宗湘等： ＡＺ３１Ｂ 镁合金 ＴＩＧ 焊裂纹形成机理及其预防措施
第 １０ 期
ω（Ａｌ）
３．０００ ～
４．０００
图 １ 焊接接头形式与坡口尺寸
表３
研究与设计
第 ３６ 卷
ａ １ 号试样显微组织
ｂ ２ 号试样显微组织
ｃ ３ 号试样显微组织 图 ３ 焊缝显微组织（１００×）
加入其他稀有金属来增加镁合金在低温下的抗裂 性。在工艺因素方面， 主要考虑焊接规范、预热、接头 形式和焊接顺序等方面的影响。这些方法都是 从 焊 接应力上着手来解决焊接裂纹。通过预热， 可以使得 试件相对膨胀量减小， 产生的焊接应力相应降低， 在 脆性温度区间的应力也相应减小， 譬如弧坑裂纹， 完 全可以通过工艺因素来解决。但要从实质上解决焊接 热裂纹， 必须从冶金因素着手， 冶炼专用焊丝， 从提高
摘要： 分析了 ＡＺ３１Ｂ 镁合金 ＴＩＧ 焊接头裂纹形成机理， 并提出了相应的预防措施。试验表明， 焊接裂
纹与填充材料的化学成分有一定关系。采用锌含量较低的 ＡＺ４０Ｍ 作为填充材料时， 焊缝没有出现裂