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焊接工艺对压铸镁合金<fontsize=

作者:admin来源:本网 日期:2017-10-19 11:04:17 人气: 标签:

  激光焊气孔倾向(以气孔率为表征)的影响规律,并对气孔的防止措施进行了探索。结果表明,含气量较高的2mm厚压铸镁合金激光焊气孔倾向大于含气量较低的5厚压铸镁合金。两种厚度的压铸镁合金激光焊缝气孔率总体上均随着激光功率的升高及焊接速度的降低而升高。对于含气量较低的5mm厚压铸镁合金,双面施焊及焊后重熔均可显著降低气孔率,气孔率分别降低到24%及25%,但对于含气量高的2mm厚压铸镁合金,这些措施无法有效降低焊缝气孔率。

  0序言镁合金作为一种轻质结构材料,近年来在汽车和航空工业中的应用迅速增长,而镁合金在实际应用中必然会采用焊接结构112.镁合金主要以压铸件使用较多,但由于压铸镁合金焊接气孔问题非常突出3,目前尚无法实现可靠的连接,这必然限制了压铸件结构设计的灵活性,同时压铸件缺陷的焊补也无法进行。由此看来,压铸镁合金的焊接问题是制约其应用的瓶颈和亟待解决的关键问题之一。

  焊接工艺参数对气孔率的影响规律对于揭示气孔产生的机理以及气孔的防治都非常重要。但目前针对这方面的研究非常少且尚无定论。psr口Zhac等人16 71的研究结果表明,压铸镁合金激光焊接时,随着激光功率的减小及焊接速度的升高,气孔率降低,这与Maya等人131的研究存在较大的差异。

  而且,根据,压铸镁合金薄板含气量高于厚板(压铸时气体的溶入量及压铸工艺参数一定时,板厚度越小,母材单位质量含气量越高)相应的焊接气孔倾向也会有所不同,但激光焊工艺参数对不同含气量的压铸镁合金焊缝气孔率的影响规律尚不清楚。

  基于以上情况,文中对激光功率、焊接速度对不同含气量的压铸镁合金激光焊气孔倾向(以气孔率基金项目:国家自然科学基金资助项目(50775124)高等学校博士学科点专向科研基金项目(20060003070)为表征)的影响规律进行了研究,并对气孔的防止措施进行探索。研究结果对于压铸镁合金激光焊接工艺的制订、气孔的防治,以及其它高含气量材料焊接气孔的防治均具有一定的价值。

  1试验方法2mm和5mm厚的AM50压铸镁合金的化学成分如表1所示。采用美国PRC生产的31W快轴流激光器进行焊接,焊接过程中对熔池进行正面、背面氩气保护。焊前采用化学和机械方法去除试样表面的氧化膜,焊接完成后,选取试样的典型部位截取焊缝横断面制作金相试样,化学浸蚀后在NEDPHT2大型金相显微镜下观察和拍照。基于Mata软件编程对焊缝横截面的金相照片进行图像处理后计算气孔率。

  表1AM50镁合金的化学成分(质量分数,)其它余量2焊接工艺对气孔率的影响根据,压铸镁合金激光焊气孔的形成是由于母材中原始高压小气孔在液态时膨胀聚集以不同焊接速度下压铸镁合金激光焊缝气孔率及固溶的原子氢扩散,促使气泡形核及长大两方面作用的结果。焊接工艺对气孔的影响主要是通过对气泡的形成以及逸出这两个重要环节的影响而起作用的。而不同含气量的压铸镁合金控制环节可能会有所不同,焊接工艺对气孔的影响规律也有可能有所不同。以下将分别对不同含气量(2mm厚母材含气量高于5mm厚母材)的压铸镁合金激光焊工艺参数对焊缝气孔率的影响规律进行研究。

  21激光功率如所示,含气量高的2mm厚压铸镁合金激光焊缝气孔率明显高于含气量低的5mm厚压铸镁合金。两种压铸镁合金激光焊缝气孔率变化的总体趋势均是随着激光功率的增大而升高。这是由于随着激光功率的增大,金属的熔化量增大,气泡膨胀及聚集程度增大;同时,熔池在高温停留时间长,也有利于原子氢形核及扩散进入现有的气泡使之长大,这两方面作用叠加使气孔率升高。

  激光功率P/W不同激光功率下压铸镁合金激光焊缝气孔率虽然熔池停留时间长也有利于气泡的逸出,但对于激光焊这种快速熔化及凝固过程来说,逸出是薄弱环节。只有当功率非常大(如1 000W)时,熔池存在时间较长,才会导致2mm厚压铸镁合金焊缝气孔率有一定的下降。对于5mm厚压铸镁合金来说,板厚的增加以及含气量的降低均使气泡的逸出环节对气孔率的影响相比2nm厚压铸镁合金来说有所增大,因此在功率中等时出现了气孔率的较低值。但总得来说,两种含气量的压铸镁合金均在小功率下、熔化量最小时达到气孔率的最低值。

  22焊接速度当激光功率不变时,随着焊接速度的升高,2nm厚压铸镁合金激光焊缝气孔率明显降低2今这是由于焊接速度的升高使金属熔化量减小,气泡的形成及长大受到抑制。虽然此时气泡逸出时间缩短,但气泡的形成及长大环节在气孔的形成中起主要作用。而对于含气量较低的5mm厚压铸镁合金,焊接速度的升高对气孔率的影响相比2mm厚压铸镁合金并不显著。随着焊接速度的升高气孔率存在一定的波动(b这是由于气泡的逸出环节和气泡的形成及长大环节共同起作用且相互竞争的结果。两种含气量的压铸镁合金均在高焊速下、熔化量最小时得到了最低的气孔率。

  23焊接工艺1厚时为32在热输入不变的情况下(2 /mm5mm厚时为100/mm)i周整焊接工艺,得到的焊缝横截面(康明,对于2mm厚压铸镁合金,小功率、低焊速下的焊缝气孔率明显低于大功率、高焊速,这是由于激光功率小,激光的吸收利用率低使金属熔化量小所致。与21节中相似的是,在小功率、高焊速下(1孔率的小幅下降,推测此时气泡的逸出环节起到了一定的作用。

  不同焊接工艺下的焊缝气孔率在文中所采用的工艺参数范围内,对于2mm厚压铸镁合金,在小功率、低焊速下得到的焊缝气孔率最低。对于5mm厚压铸镁合金而言,焊接工艺对气孔率的影响并不显著,其中小功率、低焊速和大功率、高焊速比中等功率与焊速时对应的气孔率低一些,应该是因为较低的焊接速度有利于气泡逸出,而较高的焊接速度抑制了气泡的形成及长大。

  综上所述,调节工艺参数影响的是气泡的形成及长大环节(体现为金属的熔化量)和气泡的逸出环节,而这两方面是影响气孔率的主要因素。对于含气量高的2mm厚压铸镁合金,气泡形成及长大的影响大于逸出环节的影响,即在二者同时作用时,前者对于气孔的产生起主导作用。而对于5mm厚压铸镁合金来说,由于其相对低的含气量以及厚度增加引起的气泡逸出路径的延长,使得两者共同起作用。但总的来说,在小功率、高焊接速度下两种含气量的压铸镁合金均对应气孔率的最低值。

  3防止焊接气孔的工艺措施根据第2节中对于压铸镁合金激光焊气孔影响因素的分析可知,调整焊接工艺参数可以在一定程度上降低气孔率,但气孔问题仍十分突出(在保证熔透的情况下,采用优化的工艺条件,2mm厚压铸镁合金激光焊缝气孔率最低值为18压铸镁合金为11.9%)因此需要探索其它的气孔防止措施。从影响气孔产生的两个方面入手,采取的防止措施包括:(1)创造有利于气泡逸出的条件,采用焊后重熔给气泡二次逸出的机会;(2)保证熔透的基础上尽量抑制气泡的形成及长大,采用单面不熔透的双面焊接。

  31焊后重熔根据,压铸镁合金激光焊气孔的形成,主要是由于母材中含有大量的气体。因此从理论上讲,只要有足够的时间促使气体从熔池中逸出,即可获得少或无气孔的焊缝。但对于激光焊接这种快速熔化及凝固的过程来说,气体很难有充足的时间逸出,但如果采用焊后重熔的方式,使焊缝中的气体在重新熔化时有二次逸出的机会可能会使气孔率降低。如所示,2m厚压铸镁合金激光焊缝重熔压铸镁合金重熔前后激光焊缝横截面形貌后焊缝气孔率相比不重熔焊缝没有明显的降低。推测这是由于重熔虽然可以促使气体进一步逸出,但同时也促进了气泡的形成及长大。而对于5厚的压铸镁合金来说,重熔可显著降低气孔率,这与其较低的含气量及大的厚度使气泡逸出环节在气孔形成中起的作用增大有关。

  32双面焊接从第2节焊接工艺参数对压铸镁合金激光焊缝气孔率影响的研究结果可知,采用小功率或高焊速施焊在未熔透情况下可得到低的焊缝气孔率。因此,分别对两种厚度的压铸镁合金采用小功率单面不熔透的双面焊接,并与单面熔透焊缝进行比较。

  总的来说,相比单面熔透焊缝,两种含气量的压铸镁合金在采用双面焊时均可在一定程度上降低焊缝气孔率虽然对于2mm厚压铸镁合金来说,采用双面焊接焊缝气孔率仍保持在较高水平,但相比单面熔透焊缝气孔率已经有了明显的降低(从371%降到127%)而5mm厚压铸镁合金采用双面焊接时,其焊缝气孔率可降至非常低的水平(25%)这种差别应该与两种厚度的压铸镁合金含气量的不同有关。

  压铸镁合金单面焊及双面焊时的焊缝气孔率4结论合金的激光焊接气孔倾向大,在优化的焊接工艺条件下得到的熔透焊缝中,含气量高的2mm厚压铸镁合金气孔率最低值为188%,含气量较低的5厚压铸镁合金气孔率最低值为11.两种厚度的压铸镁合金激光焊缝气孔率总体上均随着激光功率的升高及焊接速度的降低而升高。原因是激光功率的增大及焊接速度的降低导致了金属的熔化量增大。

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