挤压态AZ31镁合金真空扩散焊试验研究_李会

焊接技术第40卷第5期2011年5月·试验与研究·收稿日期：2010－10－02基金项目：国家自然科学基金资助项目（50671070）文章编号：1002－025X (2011)05-0020-03挤压态AZ31镁合金真空扩散焊试验研究李会，林飞，郭继祥，于前，孟庆森（太原理工大学材料科学与工程学院，山西太原030024））摘要：首先对挤压态AZ31镁合金进行等温热处理，获得不同的晶粒尺寸，然后研究时间、杂质、晶粒尺寸对扩散焊焊缝的影响。

试验结果表明，在一定范围内，保温时间越长扩散焊效果越好；扩散焊前晶粒越细，扩散焊所需的时间越短，扩散效果越好，晶粒长大程度也小；熔合线处硬度值上升，距焊缝越远，硬度越低。

关键词：等温热处理；时间；晶粒尺寸；扩散焊中图分类号：TG457文献标志码：B0前言镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料，具有密度小，比强度、比刚度高，散热性、屏蔽性好，无污染，能回收，资源丰富等一系列优点。

其中AZ31是目前应用最广泛的变形镁合金，它具有较好的室温强度、良好的延展性及优良的抗大气腐蚀能力。

它可轧制成薄板、厚板，挤压成棒材、管材、型材，加工成锻件，在汽车、摩托车、航空航天、兵器等领域有广泛的应用前景，是一种重要的商用镁合金［1－2］。

因此，镁合金的焊接是一个很重要的课题。

镁合金的焊接方法有激光焊、氩弧焊、搅拌摩擦焊、电子束焊和真空扩散焊，其中熔化焊容易产生焊接热裂纹、Mg 的烧损、气孔等缺陷，使接头性能降低。

但真空扩散焊是一种精密连接方法，接头区不经熔化与凝固过程，能减少或避免与熔化焊有关的缺陷，更易实现与母材组织性能一致的高质量连接，且连接后的焊件精度高、变形小，可实现精密结合，一般不需要再进行机加工，可获得较大的经济效益。

因此，研究AZ31镁合金的扩散焊有十分重要的实际意义和理论意义［3－5］。

1试验材料及方法试验材料为15mm×15mm×5mm 的挤压态AZ31镁合金。

在箱式电阻加热炉中进行等温热处理，得到28．08，38．72，52．78μm 3种晶粒尺寸。

试样的接头方式为对接，扩散试验在VFB－150/200卧式高温加压真空焊接炉中进行。

2试验方案及结果讨论2．1扩散焊试验参数选择通常多数金属和合金的扩散焊最好在0．6~0．8T m（T m 为金属熔点）范围内进行。

温度是影响扩散焊最大的参数，因为它决定了第1阶段接触面的范围和第2，3阶段促使空洞消失的扩散速度。

由于AZ31的熔点约为620℃，故综合考虑后取焊接温度为480℃［6－9］。

压力在焊接的第1阶段（塑性变形阶段）是必需的，它在焊接温度下形成大面积的接触，减少表面粗糙度的影响。

其他参数不变时，增大焊接压力可降低再结晶温度，加速在该温度下的再结晶过程，且使焊缝更加牢固。

但增大压力会增大试样变形量，综合考虑后取焊接压力为20MP a ［10］。

扩散焊前试样表面需进行清理，清理的方法为：丙酮去油污→1000#SiC 砂纸打磨→丙酮清洗→酒精清洗→冷风吹干。

其目的是清除试样表面的油污、氧化膜［11］。

2．2试验结果及分析图1，2，3分别为晶粒尺寸52．78，38．72，28．08μm 的试样在480℃，20MPa ，不同保温时间下扩散焊后的金相照片。

20DOI:10.13846/12-1070/tg.2011.05.009Welding Technology Vol．40No．5May 2011·试验与研究·2．2.1保温时间对扩散焊接头的影响由图1，2，3可知，保温时间90min 时，连接处有清晰的焊缝，这是由于初始连接界面区域仍然存在着原子错配和夹杂，因此，在金相试样制备中留下腐蚀痕迹，这可通过延长连接时间或退火处理进一步减小或消除，故随着保温时间的延长，焊缝越来越模糊，并最终消失，获得良好接头。

但时间太长，晶粒明显粗化，影响接头强度，如图保温150min 时晶粒明显长大。

因此，在一定范围内保温时间越长连接效果越好。

2．2.2杂质对连接界面迁移的钉扎作用在进行扩散焊的过程中沿连接界面处分布的杂质是影响界面迁移的重要因素，其影响再结晶的晶界迁移：①当界面迁移驱动力小于杂质的拖曳力，界面迁移和晶粒长大将受到抑制，杂质残留在连接界面处，影响接头的抗剪强度和疲劳性能；②当界面迁移驱动力与杂质的拖曳力相当时，杂质随界面一起迁移，并且始终留在迁移界面上；③界面迁移的驱动力大于杂质拖曳力时，界面将挣脱杂质的拖曳，以较快的速率继续迁移。

杂质一般分布在连接界面处、晶粒内（图1，2中150min 时，晶粒内的焊缝）、晶界处。

一般在连接界面和晶界位置的杂质对力学性能影响最显著［12］。

因此，需要通过调节温度、时间来避免该处杂质聚集。

2．2.3晶粒尺寸对扩散焊接头的影响由图1可以看出，晶粒尺寸为52．78μm ，保温时间为90min 时，连接界面有明显的焊缝，保温时间为120min 时，焊缝变模糊，保温时间为150min 时，焊缝消失；而晶粒尺寸为38．72μm ，保温时间为90min 时，焊缝已不明显，保温时间为120min 时，获得较好质量的焊接界面，如图2所示；当晶粒图1不同保温时间下的焊缝金相照片（晶粒尺寸52.78μm ）（a ）90min（b ）120min（c ）150min图2不同保温时间下的焊缝金相照片（晶粒尺寸38.72μm ）（a ）90min（b ）120min（c ）150min图3不同保温时间下的焊缝金相照片（晶粒尺寸28.08μm ）（a ）90min（b ）120min（c ）150min100μm100μm100μm100μm100μm100μm100μm100μm100μm21焊接技术第40卷第5期2011年5月·试验与研究·尺寸为28．08μm ，保温时间为120min 时，焊缝已消失，并获得良好的焊接界面，保温时间为150min 时，晶粒却长大，如图3所示。

故对比金相图可知，扩散焊前晶粒越细，扩散焊所需的时间越短，晶粒长大程度也就越小。

2．2.4显微硬度分析采用HVS－1000维氏显微硬度仪对焊缝显微硬度进行测试，选取在焊接温度480℃，保温时间120min ，焊接压力20MPa 参数下的焊接试样进行测量，结果如图4所示。

由图4可以看出，熔合线处的硬度值上升，是由于焊缝区域的组织产生了微量塑性变形，经过再结晶重组，晶粒得到细化，且焊缝区难免会存在杂质，杂质固溶于镁中，形成固溶体，有固溶强化的作用。

距焊缝越远，扩散程度越小，固溶度也降低，因此焊缝的硬度的越低。

3结论（1）在一定范围内，保温时间越长，扩散焊效果越好。

（2）扩散焊前晶粒越细，扩散焊所需的时间越短，扩散效果越好，晶粒长大程度也越小。

（3）焊缝附近硬度最大，距焊缝越远，硬度越低。

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图11的图应为：特此更正。

并向此文的作者表示歉意！《焊接技术》编辑部更正!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!"22。