AZ31B镁合金激光焊接接头组织和性能的研究
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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
微观组 织、 硬度 变化 、 焊接 缺陷及 防止措施进行 了研 究。试验结果表明 ： 发现 Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁合金 焊接接 头的焊缝组织 为细小的等轴 晶 ， 大晶粒只存在其上表 面， 焊件焊缝 比较狭 窄 ， 热影响 区窄， 产生的气孔、 裂纹是 Ａ Ｚ ３ １ 镁合金接
率密 度 大和 焊接 速度 快 等特 点 。激 光焊 的焊 缝深 宽
发、 燃烧等现象 ， 形成一定的氢和氧。产生的气体在 焊缝凝 固中不易逸出， 使工件出现气孔缺陷。
２ 试 验材 料及 方法
２ ． １ 试验 装 置
试 验 采 用 焊 接设 备 为 大 陆激 光 成 套 设 备 ：
１ Ｄ Ｌ — ＨＬ — Ｔ ５ ０ ０ ０激 光焊 机 ， 如图 １ 所示。
学腐蚀。
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 。
比大 ， 焊缝 组 织 细 化 ， 热 影 响 区窄 ， 焊后变形小 、 焊 缝 质 量好 、 接 头 强度 高等 优 点 。因此 ， 激 光 焊接是 一
种高效的焊接镁合金 的方法 。
１ 镁合 金 的焊 接来自百度文库
焊 接 时必 须 根据 镁 合 金 的物 理 及 化 学性 质 ， 一 定 要 考虑 到其 对 焊接 性 能 的影 响因 素 。 １ ） 镁 的化 学 性质 很 活 泼 ， 在 常 温下 与氧 反 应 可 生 成 Ｍｇ Ｏ、 Ｍｇ （ Ｏ Ｈ） 等 化 合 物 ， Ｍｇ Ｏ 的 熔 点 高 达 ２ ５ ０ ０ ｏ Ｃ左 右 ， 而镁熔点为 ６ ５ ０℃ ， 二者相差极大 ， 在 焊 接 中极 易 形 成 氧化 膜 ， 且不 易 从熔 融 的金 属 中 排除， 因而 工 件 的焊 缝 易产 生 夹渣 缺 陷 ， 带来 电 化
镁合金 是 ２ １ 世纪 的新型材料 ， 其密度为 １ ． ７ ５ ｇ ／ ｃ ｍ。 １ ． ９ ０ ｇ ／ ｃ ｍ ３ ， 是 最 轻 的金属 结构 材料 。 镁 合金 的加 工
３ ）由于镁 的蒸 发温 度高 ，在 高温 下 出现 的蒸
成本低廉 ， 机加工性 能优 良， 其耐腐 蚀性优于低碳 钢， 电磁屏蔽性及减振性 比铝合金好得多。镁合金 不仅 可实 现 产 品 的轻 量 化 ， 而 且 给产 品带来 优 良的 特殊 功能 。因此 ， 镁合金材料的优 良ｌ 生 能使其具有 广 阔 的发 展 前景 ， 广 泛应 用 于 各行 各 业 。先 进 的激 光焊 接 技 术 ， 是 一 种 热传 导 焊 接 ， 具有 热 量 集 中、 功
２ ０ １ ３年第 ５期
２ ０ １ ３年
・
铸
造
设
备
与 工
艺
Ｏｃ ｔ ． ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ５
ｌ ０月
ＦＯＵＮ ＤＲＹ ＥＯＵ Ｉ Ｐ ＭＥＮＴ ＡＮＤ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
试 验研 究 ・
Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁合金激 光焊接接 头组织和性能 的研 究
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．
・
２ ５・
２ ０ １ ３ 年第 ５ 期
李泽文， 王录才， 陈玉 博， 阴世河： 铝 合金消失模铸 造技术的 研究现状及展望
铸 造设备 与工 艺
动， 从而使枝晶破碎 ， 增加液相内结 晶核心 ， 使铸件 最终凝 固组织细化、 补缩提高 ， 力学性能改善。
３ ． ４ 消失模 壳型铸 造技 术
［ 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
头中存在 的主要缺 陷。减少缺 陷的有效方法是 选择合适 的焊接 工艺参数 ， 且 对工件在 焊接 前后 采用适 当的工序
处理 。
关键词 ： 变形 镁 合 金 Ａ Ｚ ３ １ Ｂ； 激光焊 ； 接 头 组 织 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ １ ４ ６ ． ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ４ — ６ ６ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ２ ５ — ０ ２
２ ． ３ 试 验 方 法
２ ） 镁 合金的导热性能好 ， 弹性模量小 ， 焊 接 变 形大， 冷却 速度快 ， 使 熔 池 一 次 结 晶速 度 快 、 时 间
短。 凝 固时焊缝的内应力和焊接接头的刚性拘束度 较大 ， 导致 焊后 工 件产 生 较大 的 内应力 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ０ ７
（ 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
微观组 织、 硬度 变化 、 焊接 缺陷及 防止措施进行 了研 究。试验结果表明 ： 发现 Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁合金 焊接接 头的焊缝组织 为细小的等轴 晶 ， 大晶粒只存在其上表 面， 焊件焊缝 比较狭 窄 ， 热影响 区窄， 产生的气孔、 裂纹是 Ａ Ｚ ３ １ 镁合金接
率密 度 大和 焊接 速度 快 等特 点 。激 光焊 的焊 缝深 宽
发、 燃烧等现象 ， 形成一定的氢和氧。产生的气体在 焊缝凝 固中不易逸出， 使工件出现气孔缺陷。
２ 试 验材 料及 方法
２ ． １ 试验 装 置
试 验 采 用 焊 接设 备 为 大 陆激 光 成 套 设 备 ：
１ Ｄ Ｌ — ＨＬ — Ｔ ５ ０ ０ ０激 光焊 机 ， 如图 １ 所示。
学腐蚀。
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 。
比大 ， 焊缝 组 织 细 化 ， 热 影 响 区窄 ， 焊后变形小 、 焊 缝 质 量好 、 接 头 强度 高等 优 点 。因此 ， 激 光 焊接是 一
种高效的焊接镁合金 的方法 。
１ 镁合 金 的焊 接来自百度文库
焊 接 时必 须 根据 镁 合 金 的物 理 及 化 学性 质 ， 一 定 要 考虑 到其 对 焊接 性 能 的影 响因 素 。 １ ） 镁 的化 学 性质 很 活 泼 ， 在 常 温下 与氧 反 应 可 生 成 Ｍｇ Ｏ、 Ｍｇ （ Ｏ Ｈ） 等 化 合 物 ， Ｍｇ Ｏ 的 熔 点 高 达 ２ ５ ０ ０ ｏ Ｃ左 右 ， 而镁熔点为 ６ ５ ０℃ ， 二者相差极大 ， 在 焊 接 中极 易 形 成 氧化 膜 ， 且不 易 从熔 融 的金 属 中 排除， 因而 工 件 的焊 缝 易产 生 夹渣 缺 陷 ， 带来 电 化
镁合金 是 ２ １ 世纪 的新型材料 ， 其密度为 １ ． ７ ５ ｇ ／ ｃ ｍ。 １ ． ９ ０ ｇ ／ ｃ ｍ ３ ， 是 最 轻 的金属 结构 材料 。 镁 合金 的加 工
３ ）由于镁 的蒸 发温 度高 ，在 高温 下 出现 的蒸
成本低廉 ， 机加工性 能优 良， 其耐腐 蚀性优于低碳 钢， 电磁屏蔽性及减振性 比铝合金好得多。镁合金 不仅 可实 现 产 品 的轻 量 化 ， 而 且 给产 品带来 优 良的 特殊 功能 。因此 ， 镁合金材料的优 良ｌ 生 能使其具有 广 阔 的发 展 前景 ， 广 泛应 用 于 各行 各 业 。先 进 的激 光焊 接 技 术 ， 是 一 种 热传 导 焊 接 ， 具有 热 量 集 中、 功
２ ０ １ ３年第 ５期
２ ０ １ ３年
・
铸
造
设
备
与 工
艺
Ｏｃ ｔ ． ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ５
ｌ ０月
ＦＯＵＮ ＤＲＹ ＥＯＵ Ｉ Ｐ ＭＥＮＴ ＡＮＤ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
试 验研 究 ・
Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁合金激 光焊接接 头组织和性能 的研 究
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．
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２ ５・
２ ０ １ ３ 年第 ５ 期
李泽文， 王录才， 陈玉 博， 阴世河： 铝 合金消失模铸 造技术的 研究现状及展望
铸 造设备 与工 艺
动， 从而使枝晶破碎 ， 增加液相内结 晶核心 ， 使铸件 最终凝 固组织细化、 补缩提高 ， 力学性能改善。
３ ． ４ 消失模 壳型铸 造技 术
［ 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
头中存在 的主要缺 陷。减少缺 陷的有效方法是 选择合适 的焊接 工艺参数 ， 且 对工件在 焊接 前后 采用适 当的工序
处理 。
关键词 ： 变形 镁 合 金 Ａ Ｚ ３ １ Ｂ； 激光焊 ； 接 头 组 织 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ １ ４ ６ ． ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ４ — ６ ６ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ２ ５ — ０ ２
２ ． ３ 试 验 方 法
２ ） 镁 合金的导热性能好 ， 弹性模量小 ， 焊 接 变 形大， 冷却 速度快 ， 使 熔 池 一 次 结 晶速 度 快 、 时 间
短。 凝 固时焊缝的内应力和焊接接头的刚性拘束度 较大 ， 导致 焊后 工 件产 生 较大 的 内应力 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ０ ７