镁合金钨极氩弧焊激光焊接头的微观组织

1、沈阳理工大学毕业设计（论文） III摘 要镁合金具有密度低，强度高，导热性能好，抗震性能好，电磁屏蔽性能优势以及应用在汽车，航空航天，电子信息产业，有广阔的发展前景。然而，在室温下，用紧密堆积的六方晶系结构的镁，滑系统，塑性变形。这些属性导致生产困难和昂贵的方法制备的镁合金部件的结构复杂。因此，使用镁合金结构简单焊接方法连接成一个复杂的结构，在镁合金结构件制造，不仅节省成本，而且还减少过程的复杂性的有效措施之一。在本文中，AZ31和AZ61变形镁合金的研究，通过调整不同的焊接工艺，金相组织分析和力学性能测试，系统的研究，不同的镁合金激光焊接和TIG焊接热输入量和焊接速度焊接参数接头的组织和力学

2、性能的影响，阐明组织演变，并获得焊接接头的力学性能之间的关系;强化机理模型预测了镁合金的高功率激光焊接接头的屈服强度增强机制。的实验事实的基础上的理论分析，得出以下结论： 1、间增加的能量不仅会导致增加的TIG焊接接头的AZ31镁合金热影响区，热影响区和熔合区的晶粒粗化，连续减少-相的热影响区和熔合区的颗粒或不连续相增加。然而，如果该行的能量太低，将导致在焊缝中的未焊透和孔隙度，从而降低了在焊接接头的拉伸强度。 2、较小小功率的的前提下下，AZZ31镁镁合金激激光焊接接熔深增增加线能能量增加加。焊缝缝的表面面上的等等离子体体有利于于激光焊焊缝的深深度增加加。随着着焊接线线能量在在AZ331镁合

3、合金激光光焊接熔熔合区，呈现胞胞状晶胞状树树枝晶树枝晶晶等轴晶晶的转变变。此外外，适度度的提高高线能量量可以降降低镁合合金的激激光焊接接头的应应变速率率，降低低焊接凝凝固裂纹纹的形成成的概率率。关键词：镁合金金;激光光焊;钨钨极氩弧弧焊;微微观组织织;力学学性能ABSTTRACCTMagnnesiium allloyss haave loww deensiity, hiigh speeciffic strrenggth, goood theermaal ccondducttiviity, exxcelllennt sseissmicc peerfoormaancee, aand goood e

4、elecctroomaggnettic shiielddingg peerfoormaancee annd ootheer aadvaantaagess, hhas brooad apppliccatiion proospeectss inn thhe aautoomottivee, aaeroospaace andd ellecttronnic infformmatiion inddusttry. Hoowevver, maagneesiuum hhas thee cllosee-paackeed ssix parrty cryystaal sstruuctuure at rooom tte

5、mpperaaturre, sliip, plaastiic ddefoormaatioon ccapaacitty llow. Thhesee prropeertiies ressultt inn thhe ccompplexx sttruccturre oof mmagnnesiium allloy prooducctioon aand preeparratiion of diffficcultt annd hhighh coost. Thhereeforre, thee usse oof wwelddingg meethood ffor maggnessiumm allloyy iss

6、siimplle sstruuctuure willl bbe cconnnectted witth aa coompllicaatedd sttruccturre bbecoomess maagneesiuum aallooy sstruuctuurall paartss maanuffactturiing inddusttry nott onnly cosst ssaviingss, bbut alsso oone of efffecttivee meeasuuress too reeducce tthe commpleexitty oof tthe tecchnoologgy. Bass

7、ed on thee AZZ31 andd AZZ61 maggnessiumm allloyy ass thhe rreseearcch oobjeect, thhrouugh thee weeldiing parrameeterrs uundeer ddifffereent proocesss aadjuustmmentt, aand commbinned witth tthe miccrosstruuctuure anaalyssis andd meechaaniccal prooperrtiees ttesttingg, aa syysteemattic stuudy of thee

8、diiffeerennt wwelddingg sppeedd annd tthe welldinng llinee ennerggy eeffeect of miccrosstruuctuure andd meechaaniccal prooperrtiees oof jjoinnt oof mmagnnesiium allloy lasser welldinng aand TIGG, cclarrifiicattionn thhe rrelaatioonshhip bettweeen tthe miccrosstruuctuure evooluttionn annd mmechhaniic

9、all prropeertiies of thee weeldeed jjoinnt; andd thhe sstreengtthenningg meechaanissm mmodeel tto fforeecasst tthe yieeld strrenggth enhhanccemeent mecchannismm off hiigh powwer lasser welldinng oof mmagnnesiium allloy joiintss. BBaseed oon tthe expperiimenntall faactss, ccombbineed wwithh thheorret

10、iicall annalyysiss, tthe maiin cconcclussionns aare thee foolloowinng:1, llinee ennerggy nnot onlly lleadds tto AAZ611 maagneesiuum aallooy ggas tunngstten arcc weeldiing HAZZ wiidthh inncreeasees, heaat aaffeecteed zzonee annd FFusiion Zonne ggraiin ccoarrsenningg, aand makke cconttinuuouss - hheat

11、t afffecctedd zoone andd fuusioon zzonee off reeducced andd grranuularr orr diiscoontiinuoous betta pphasse iincrreassed. Loow llinee ennerggy wwilll leead to lacck oof ppeneetraatioon aand porrosiity in welld aappeearaancee, aand thee ulltimmatee teensiile strrenggth of thee weeldeed jjoinnt rreduu

12、ctiion2, iin tthe conndittionn off loow ppoweer, AZ661 wwrouughtt maagneesiuum aallooy llaseer wweldd peenettrattionn inncreeasees wwithh thhe iincrreasse oof wwelddingg liine eneergyy. PPlassma welldinng oon tthe surrfacce oof tthinn annd sstabble in favvor of lasser welld ppeneetraatioon iincrreas

13、se. Witth tthe inccreaase of welldinng llinee ennerggy, infflueenceed bby cconsstittutiionaal uundeercoooliing deggreee off chhangge,tthe fussionn zooneoof AAZ611 maagneesiuum aallooy llaseer wwelddingg deeforrmattionn, mmicrrosttruccturre eevollutiion of thee crritiicall reegioon nnearr thhe ppartt

14、iallly melltedd zoone aree prreseenteed iin tthe celllullar cryystaal aand celllullar denndriite, deendrritiic, equuiaxxed graainss. IIn aaddiitioon, appproppriaatelly iincrreassingg thhe llinee ennerggy ccan redducee thhe mmagnnesiium allloy lasser welldinng jjoinnt sstraain ratte, theerebby rreduu

15、cinng tthe posssibbiliity of thee foormaatioon oof wweldd sooliddifiicattionn crrackks iin tthe linne, butt thhe hhighh ennerggy wwilll leead to welld HHAZ liqquattionn crrackk inncreeasee.Keywwordds: maggnessiumm allloyy; llaseer wwelddingg; TTIG welldinng; miccrosstruuctuure; meechaaniccal prooper

16、rtiees 目 录中文摘要要I英文摘要要II第1章 绪论1 1.1 镁镁合金得得简介 1 1.11.1 镁合金金得发展1 1.11.2 镁合金金得分类22 1.2 镁镁合金焊焊接得国内外外研究现现状 22 1.3 本本文得主要研研究内容容 66第2章研研究内容容与方法法 7 2.1 实实验材料料 7 2.2 焊焊接设备备 7 2.22.1 交流钨钨极氩弧弧焊焊机机7 2.22.2 小功率率激光脉脉冲焊接接机 8 2.22.3 大功率率激光器器88 2.3 性性能检测测设备 8 2.33.1 焊接接接头试样样得制备8 2.33.2 扫描电电子显微微镜882.3.3 万万能材料料试验机机(SAA

17、NS XYAA1055C) 9 2.33.4 显微硬硬度计99第3章镁镁合金钨钨极氩焊焊接接头头微观组组织和力力学性能能得关系 111 3.1 线线能量得得变化对对镁合金金钨极氩氩弧焊接接接头微微观组织织得影响 111 3.11.1 镁合金金钨极氩氩弧焊焊焊接接头头得微观组组织特征征 11 3.11.2 线能量量得变化对对焊接接接头热影影响区微微观组织织得影响 112 3.11.3 线能量量得变化对对焊缝熔熔合区微微观组织织得影响 133 3.2 线线能量得得变化对对焊接接接头力学学性能得得影响 15 3.22.1 拉伸强强度155 3.22.2 显微硬硬度 17 3.3 本本章小结结 19第

18、4章焊焊接线能能量得变化对对镁合金金小功率率激光焊焊接性能能得影响2004.1 焊接线线能量对对焊缝熔熔深得影响 220 4.2 焊焊接线能能量变化化对焊缝缝熔合区区微观组组织得影响 222 4.3 线线能量得得变化对对热裂纹纹形成得得影响 25 4.4 线线能量得得变化对对微气孔孔形成得得影响 27 4.5 本章章小结 229第5章结结论330致谢31参考文献献332第1章 绪论1.1 镁合金金得简介1.1.1 镁镁合金得得发展20世纪纪初期镁合合金作为为结构材材料在是军事事需求带带动下，镁合金金的需求求生产开开始快速速增长。在211世纪，发展的的行业，铝，铁铁及其他他资源，慢慢干干涸，有有

19、迫切需需要寻找找替代材材料。因因此，镁镁合金在在汽车领领域，计计算机，通信和和航空航航天应用用开始增增加。今今天，镁镁合金已已成为世世界上最最好的绿绿色环保保材料，其消费费增长持持续快速速增长。从19997年年到20007年年，对镁镁的需求求在图11.1显显示了原原镁的需需求，十十年增长长近100倍。图 1.1 镁镁需求量量镁合金在在工业上上得应用主主要体现现在以下下几个方方面：（1）汽汽车制造造业：220世纪纪70年年代以来来，为了了减轻汽汽车重量量，镁合合金在汽汽车行业业的应用用越来越越多。镁镁合金通通常用在在车辆的的组件，如各种种车内部部件，车车身部件件，发动动机，传传动部件件和底盘盘。

20、汽车车行业需需求的增增加已成成为镁合合金生产产增长的的主要原原因。 （2）随随着镁合合金生产产技术的的改进，采用镁镁合金成成本开始始下降，从而促促进镁合合金的应应用在计计算机，通信，仪器仪仪表，家家电，医医疗，轻轻工等行行业。镁镁合金的的应用增增长最快快的电子子信息和和仪器仪仪表行业业。虽然然重量和和尺寸的的镁合金金产品这这些大型型汽车零零部件产产业，但但它是一一个大的的基地，成为覆覆盖面广广，在世世界镁消消费量增增加，增增加的另另一个重重要原因因。镁合合金3CC产品外外壳的应应用随着着消费者者对产品品的需求求也越来来越高，已逐渐渐取代的的材料，如ABBS和PPC趋势势。 （3）在在航空航航天

21、应用用领域：航空材材料减重重带来的的经济效效益和性性能的改改善是非非常明显显的。缓缓解同等等质量的的条件下下，飞机机节省燃燃油量是是约1000倍，汽车和和电机性性能的提提高，更更重要的的是，可可以大大大提高战战斗力和和生存能能力。随随着镁合合金生产产技术的的发展，材料的的性能的的变化，不断增增加的应应用范围围。目前前，其应应用领域域包括各各种飞机机发动机机零部件件，螺旋旋桨，齿齿轮箱，支架，武器和和航空零零部件。已经开开始取代代铝的镁镁合金。1.1.2 镁镁合金得得分类的镁合金金的金属属镁作为为主要元元素，通通过加入入一些其其它合金金元素形形成的合合金，镁镁合金附附加的合合金元素素，如铝铝，锌

22、，锰，硅硅，钙，锂。在在一般的的镁合金金的分类类的基础础上有以以下三种种：合金金的化学学成分，成形工工艺，以以及是否否含有锆锆。根据据镁合金金的合金金元件的的数目可可分为二二元，三三元和多多元合金金系统。普通的的镁合金金系统通通常含有有一个以以上的合合金元素素。然而而，在实实践中，为了方方便，简简化和突突出合金金的主要要合金元元素的作作用，镁镁，锰，镁，铝铝，镁-RE，镁，钍钍，镁锂锂和Mgg-Agg合金的的镁合金金分为系系列。不不论其是是否含有有锆合金金，镁合合金，含含有锆和和锆 - 自由由两类。通常出出现含锆锆镁合金金系列锰锰 - 锌，锰锰 - 镉系列列。不包包括锆镁镁合金锰锰 - 锌，锰

23、锰 - 镁及镁镁 - 铝系列列。现在在最广泛泛使用的的锆镁合合金镁 - 铝铝系。锆锆镁合金金主要起起到细化化晶粒的的作用。含锆镁镁合金具具有良好好的室温温和高温温性能。镁合金金的形成成过程可可分为两两大类：变形镁镁合金铸铸造镁合合金。变变形镁合合金镁合合金加工工成形方方法。铸铸造镁合合金的加加工，是是指使用用的铸造造镁合金金。比变变形镁合合金铸造造镁合金金更广泛泛的应用用，但铸铸造工艺艺相比，可以得得到该组组织的细细化镁合合金热变变形后，消除缺缺陷，改改善综合合性能高高于铸态态镁合金金材料具具有较高高的强度度，更良良好的塑塑性和较较好的力力学性能能。变形形镁合金金更广泛泛的应用用前景。1.2

24、镁合金金焊接得得国内外外研究现现状与六方晶晶系密堆堆积结构构的镁合合金的关键键问题，塑性变变形性差差，制造造的镁合合金，镁镁合金的的应用程程序的复复杂组件件的难度度。然而而，可以以容易地地获得具具有良好好的成型型性，适适应性和和成本低低的优点点，大的的镁合金金构件的的焊接，从而降降低了成成本，生生产的镁镁合金。目前，已经有有许多研研究镁合合金焊接接。镁合合金是容容易产生生化学反反应，可可与空气气中的氧氧进行氧氧化反应应，延展展性差，非常难难以处理理的镁合合金丝。因此，镁合金金焊接工工艺限制制高能量量敢服用用。镁合金钨钨极氩弧弧焊TIG焊焊接成本本低，适适应性强强，焊接接性能优优势，因因此成为为

25、首选的的镁合金金焊接。镁是一一种强氧氧化性的的金属在在焊接过过程中，很容易易与氧气气反应，生成氧氧化镁影影响焊缝缝的性能能。所以以，在大大多数情情况下，使用AAC电源源进行焊焊接，因因此，以以除去氧氧化膜。许多学学者对镁镁合金钨钨极惰性性气体焊焊接接头头的力学学性能和和微观结结构。典典型的镁镁合金氩氩弧焊焊焊接接头头的微观观结构如如图1.2所示示。因为为使用的的TIGG焊接热热输入，将生成成的特定定焊接接接头热影影响区的的熔合线线附近的的母材侧侧，部分分熔化区区和影响响其他地地区的加加热循环环。另外外，由于于热循环环的影响响，晶粒粒尺寸焊焊接热影影响区的的粗晶粒粒比基体体材料。已经细细化晶粒粒

26、粗化的的热影响响区和熔熔合区（FZ）由于冷冷却焊接接熔池的的更快的的晶粒相相比，使使熔合区区具有良良好的机机械性能能。图 1.2镁合合金钨极极氩弧焊焊接头的微观组组织：(a)焊焊接接头头，(bb)熔合合区，(c)热热影响区区和(dd)母材材。虽然气体体钨极电电弧焊的的优点是是成本低低，操作作简便，但线能能量，焊焊接速度度快，生生产效率率低，尤尤其是较较大的热热影响区区，降低低焊接接接头的机机械性能能。所以以，学者者们开始始把注意意力转向向到镁合合金活性性焊接。确保的的活性钎钎料的前前提下，在热影影响区的的宽度增增加的深深度穿透透焊接过过程简化化，提高高生产率率，从而而降低生生产成本本。今天天，

27、镁合合金焊接接的研究究主要集集中在活活动的选选择，以以及如何何增加活活性剂的的渗透。在使用用中的主主要活性性剂。研研究表明明，这三三种活性性剂，可可提高焊焊接接头头的穿透透深度，深度与与宽度之之比的镁镁合金，但它们们得到的的镁合金金的不同同类型的的增加穿穿透深度度的程度度是不同同的。目目前的主主要思路路包括：电弧收收缩和表表面张力力的理论论。 AA-TIIG焊电电弧收缩缩现象学学者认为为原子形形成电弧弧周围的的活性剂剂，在高高温的电电弧蒸发发，由较较低的温温度下的的电弧周周边包围围，活性性剂蒸发发的原子子形成通通过阴离离子俘获获的电子子在该区区域，因因此，在在电弧中中的电子子的数量量减少，造成

28、电电弧的收收缩，因因此，为为提高电电弧的电电流密度度和电弧弧力，从从而提高高了的穿穿透深度度焊缝，如图11.3所所示。理理论的表表面张力力，添加加活性剂剂，可能能会发生生的形式式变化，以进一一步降低低电流的的液体金金属熔池池的表面面张力中中的电流流分布的的中心，从外围围向。这这种方法法可以更更好的热热传递到到熔池的的底部，从而形形成有比比较深的的窄焊道道，如图图1.44所示。图 1.3 活活性焊接接电弧收收缩理论论机理示示意图。图 1.4 表表面张力力得改变对对熔池流流动得影响。虽然一种种方法来来增加焊焊缝的穿穿透深度度，但是是由于不不同的物物理性质质不同的的活性剂剂中的活活性剂，他们改改变了

29、的的穿透深深度的原原则，是是不一样样的，熔熔融的程程度的变变化和取取胜。一一氧化氯氯联合进进行的研研究发现现，相互互作用的的穿透深深度来改改变电弧弧的熔点点和沸点点分布的的改变，通过改改变熔池池的表面面张力，易离子子化的活活性剂，改变镁镁合金的的焊接接深度的的穿透深深度（优优于）。此外，不同的的氧化物物中的氧氧含量改改变它赢赢得了熔熔融的程程度不同同。镁合金金激光焊焊打孔钻石石，红宝宝石激光光，激光光加工技技术在汽汽车行业业，金属属材料和和塑料加加工行业业在200世纪660年代代已经有有很大的的发展。处理的的方法中中，激光光加工的的材料可可分为切切断，成成型和激激光焊接接，热处处理和表表面处理

30、理，雕刻刻，钻孔孔，激光光快速成成型。对对于汽车车产业中中，使用用激光焊焊接。钨钨极氩弧弧焊相比比，激光光焊接具具有以下下优点：在焊件件焊接热热输入焊焊接热应应力，收收缩变形形小，狭狭窄的缝缝和表面面质量，焊缝强强度高，刚度提提高了焊焊接，焊焊缝尺寸寸减少，容易自自动化激激光是比比较灵活活的控制制，弹性性大，难难以到达达指定位位置焊接接等焊接接方法，速度比比其他焊焊接工艺艺。激光光焊接应应用到了了大量的的铝，钢钢和钛的的合金焊焊接。的的镁合金金激光焊焊接也比比较小。这是通通过特殊殊的物理理性能的的镁合金金。例如如，镁合合金的激激光束的的吸收率率是低的的，一种种强烈的的倾向氧氧化，高高导热性性和

31、热膨膨胀系数数，具有有低沸点点的熔融融，固化化温度，固化收收缩率的的范围广广泛的，凝固组组织容易易产生低低熔点的的化合物物，粘度度和表面面张力越越低，以以及发生生颜色变变化的熔熔化温度度。因此此，在激激光焊接接过程中中的问题题，并在在焊接缺缺陷的镁镁合金。例如，不稳定定的焊接接池，修修剪，气气孔氧化化，合金金成分的的蒸发和和凝固裂裂纹。然然而，通通过调整整焊接参参数也可可以得到到良好的的性能的的激光连连接器，其机械械性能远远高于TTIG焊焊接接头头。激光光焊接头头的焊接接参数是是好还是是坏的激激光功率率和聚焦焦和焊接接速度。镁合金金在激光光焊接时时，激光光电源，焊接接接头的大大小。不不仅有利利

32、于良好好的焊缝缝熔深较较大的激激光功率率，并能能获得良良好的焊焊缝表面面。激光光功率过过大会提提高焊接接接头的的热影响响区的宽宽度，导导致焊接接接头的的力学性性能下降降。的激激光功率率是小的的，可以以减少飞飞溅和熔熔池表面面的蒸气气压降低低，从而而降低了了焊接的的沉降。该研究究得出结结论，厚厚度3mmm和55mm铸铸造AZZ91和和AM550 YYAG激激光的功功率从33.5kkW的是是最合适适的。当当电源为为小于33kW的的会导致致焊接接接头的拉拉伸强度度的下降降。焦点点位置的的另一个个重要因因素，应应放置在在最有效效地熔化化赢得了了地位，有利于于自动化化加工位位置。1.3 本文得得主要研研

33、究内容容研究现状状分析认认为，虽虽然镁合合金的性性能非常常出色，并且具具有广阔阔的应用用前景，但由于于其塑性性变形能能力差较较大的热热增益扩扩散系数数较高的电电阻率，高导热热，导致致镁合金金的焊接接是非常常困难的的，这是是镁合金金的工业业应用和和发展的的瓶颈。因此，镁合金金焊接的的研究是是必不可可少的。在一般般情况下下，焊接接接头的的质量是是由焊接接过程和和焊接参参数。例例如，焊焊接电流流，电压压，焊接接速度，激光焊焊接的输输出功率率，焊接接速度和和焦点位位置。这这些参数数是影响响焊接接接头的质质量，提提高焊接接接头的的显微组组织的主主要因素素。因此此，镁合合金焊接接接头的的组织和和力学性性能

34、的特特点是值值得进一一步研究究的问题题。本文文将着重重于AZZ61，AZ331镁合合金焊接接接头组组织和力力学性能能不同的的焊接工工艺焊接接参数，通过研研究，研研究显微微组织和和力学性性能，结结果发现现镁合金金焊接接接头在不不同的焊焊接工艺艺加强的的原则缺缺陷之间间的关系系的原因因。本文文主要包包括以下下几个部部分：1、通过过改变焊焊接电流流焊接热热AZ661镁合合金钨极极氩弧焊焊焊接接接头的显显微组织织和力学学性能的的影响分分析焊接接接头的的热影响响区和熔熔合区宽宽度，第第二相的的形状和和分布，以及两两个区域域焊接线线能量的的变化，对AZZ61镁镁合金TTIG焊焊接接头头断裂机机理的微微观组

35、织织和力学学性能的的影响。2、通过过改变激激光的输输出功率率的低功功率的激激光焊接接接头的的焊接分分析典型型的AZZ61镁镁合金激激光焊接接接头的的低功耗耗的特点点和焊接接接头熔熔合区的的微观结结构的变变化与线线能量焊焊接热影影响，并并通过研研究气孔孔，裂纹纹，线能能量的改改变揭示示了镁合合金低功功率激光光焊接缺缺陷的形形成机理理。第2章 实验材材料与设设备为了对镁镁合金的的焊接性性能进行行研究，本位使使用了扫扫描电子子显微镜镜，万能能试验机机和显微微硬度的的气体保保护钨极极电弧焊焊系统的的研究，功率的的大小，激光焊焊接和摩摩擦搅拌拌焊接接接头，不不同的焊焊接参数数焊接接接头组织织和力学学性能

36、的的影响。2.1 实验材材料在本文中中，尺寸寸为 550mmm25mmm 3mm 得 AZZ31 和 50mmm25mmm 2.5mmm AAZ611两个不不同的变变形镁合合金和直直径 3mmm 的的 AZZ91 焊丝用用于镁合合金焊接接接头微微观组织织和机械械性能得得研究。它们的的化学成成分如表表 2.1 所所示。表 2.1 镁镁合金板板材的化学成成分。AlZnMnSiFeCuNiMgAZ3113.2770.9220.2550.0440.00050.0550.033其余AZ6115.5-7.550.5-1.550.155-0.40.10.0110.0550.0005其余AZ9118.6-0.

37、440.655-0.960.188-0.30.0550.00040.02250.0001其余2.2 焊接设设备2.2.1 交交流钨极极氩弧焊焊焊机采用交流流钨极氩氩弧焊焊焊机对 AZ661 镁镁合金板板材进行行填丝焊焊。焊接接时，把把焊枪放放在匀速速行进得得小车上上，并进进行手工工填丝。BX11-1660 焊焊机主要要参数如如下所示示：电流调节节范围：251880 (A)输入电压压：3880 (V)空载电压压：755 (VV)额定容量量：8.7 (kVAA)2.2.2 小小功率激激光脉冲冲焊接机机实验所用用得激光焊焊接机为为 PTT IVV 型填填丝 NNd:YYAG 脉冲激激光焊接接机，能能

38、提供最最大得激光输输出功率率为 1120WW，脉冲冲宽度和和频率可可连续调调节。PPTIVV 型 Nd:YAGG 脉冲冲激光焊焊接机得得主要参参数为：工作电压压：单相相 2220VAAC10% 500HZ（三相电电须订制制）激光类型型：YAAG激光输出出最大平平均功率率：1220W激光焊接接工作距距离：11001800mm光斑可调调节范围围：0.233.5mmm激光波长长：1.06m显微镜放放大倍数数：155X氩气保护护：双头头同步氩氩气保护护辅助工作作平台：步进马马达控制制得三维移移动工作作台2.2.3 大大功率激激光器本实验所所采用德德国 RRofiin DDC0330板条条式连续续激光器

39、器对 AAZ611 镁合合金进行行堆焊，激光器器得主要参参数如下下：最大输出出功率：30000W功率范围围：300030000W2.3 性能检检测设备备2.3.1 接接头试样样得制备典型焊缝缝截面焊焊接镁合合金板材材，选择择合适的的尺寸和和形状，用钢锯锯沿垂直直方向的的焊缝截截取后抛抛光。用用砂纸打打磨样品品，一直直到没有明明显的划划痕，然然后进行行抛光，抛光质质量检查查用显微微镜在1100倍倍的倍率率。抛光光表面的的样品，冲洗水水，无水水乙醇脱脱水干燥燥，2GG苦味酸酸酸+550毫升升乙醇55毫升乙乙酸腐蚀蚀横截面面腐蚀，直到出出现的微微观结构构。然后后，镁合合金的焊接接试样，用光学学显微镜

40、镜观察并并拍照。主主要集中中在焊缝缝和周围围组织的的结构和和形态的的观察位位置，而而引起的的焊接缺缺陷，如如气孔和和裂纹。2.3.2 扫扫描电子子显微镜镜在进行扫扫描电子子显微镜镜分析之之前，把把式洋房房在无水水乙醇的的烧杯中中，然后后放入超超声波环环境中进进行表面面处理。在清洗洗完以后后，采用用扫描电电子显微微镜(TTESCCAN, Innc. Vegga L MMU SSEM)对焊缝缝微观组组织进行行观察。能谱衍衍射仪（OXFFORDD, IInc. ISSIS3300）用于帮帮助确定定微观组组织中相相得成分。本实验验所使用用得扫描电电子显微微镜主要要参数如如下所示示：分辨率：高真空空二次

41、电电子，220kvv: 22.0nnm，22kv: 7.0nmm；背散射电电子，220 kkV: 2.55nm (LMMH 型型选配，LMUU 型标标配；低低真空(低真空空二次电电子)，30 kVV: 22.5 nm (LMMU型选选配)放大倍数数：4 到 1100000000 倍真空系统统：高真真空，低真空 35500PPa，(LMUU 型标标配)超低真空空可至 20000Paa(LMMU 型型选配)加速电压压：0.2kVV 到 30KKv电子束电电流：11pA2uAA样品室内内部尺寸寸：2330mmm(宽度度)1500mm(高度)2.3.3 万万能材料料试验机机(SAANS XYAA105

42、5C)在进行拉拉伸试验验之前，采用线线切割把把焊接试试样切割割成哑铃铃型拉伸伸试样，其尺寸寸如图 2.22 所示示。点焊焊接头拉拉伸剪切切测试试试样长度度为 442mmm，宽度度为 110mmm。同一一焊接参参数下得得拉伸测测试数据据取三个个拉伸试试样测试试结果得得算术平平均值。SANSS XYYA1005C 万能材材料试验验机主要要参数如如下：型号：CCMT7700最高试验验力：110 吨吨误差极限限：示值值得 0.1以以内实验速度度调节范范围：00.0005-5500mmm/mmin图 2.2 焊焊接接头头拉伸试试样。2.3.4 显显微硬度度计在室温下下采用 V-110000 型显显微硬度

43、度计对焊焊接接头头横截面面进行维维氏显微微硬度测测试，实实验时采采用得载荷为为 5000g，延迟时时间为 15ss，每两两个硬度度测试点点得间距为为10mmm。熔合合区和热热影响区区硬度值值各取五五个作为为其平均均硬度值值。V-10000 型型显微硬硬度计主主要参数数为：试试验力：10gg、255g、 500g、1100gg、2000g、3000g、 5000g、10000g最小测量量单位： 0.5m总放大倍倍数；1100XX（观察察） 4400XX（测量量）加荷方式式：自动动（加荷荷、保荷荷、卸荷荷）仪器尺寸寸：400529004800mm （长宽高）试件最大大高度：65mmm电源:AAC2

44、220V5%，50-60HHz第3章 镁合金金钨极氩氩焊接接接头微观观组织和和力学性性能得关系3.1 线能量量得变化对对镁合金金钨极氩氩弧焊接接接头微微观组织织得影响3.1.1 镁镁合金钨钨极氩弧弧焊焊接接接头得得微观组组织特征征图3.11显示了了一个典典型的镁镁合金TTIG焊焊接接头头微观结结构（990 JJ.mmm1）。可以看看到焊接接接头熔熔合区广广泛的热热影响区区和贱金金属（图图3.11（A）。基基材是由由不规则则的小的的等轴晶晶粒（晶晶粒尺寸寸约344m）（图3.1（bb）条）。等轴轴晶粒出出现引起起热挤压压工艺的的结晶，太。熔熔合区由由不规则则的等轴轴晶粒的的（400）和分分布在晶

45、晶界处是是连续的的-相（图3.1（三三）。与熔合合区和基基体金属属相比，热影响响区的细细等轴晶晶粒，晶晶粒粗化化明显（72.9m）（图3.1（四四）。在焊接接过程中中，在热热循环影影响的热热影响区区的温度度可以达达到超过过4133K-5527KK，AZZ系列镁镁合金的的超过4478KK的再结结晶温度度。因此此，热影影响区易易发生再再结晶和和晶粒生生长出现现。图 3.1 典典型镁合合金钨极极氩弧焊焊接接头头微观组组织(990 JJ.mmm-1）：(a)焊接接接头，(b)热热挤压 AZ661 镁镁合金母母材，(c)熔熔合区，d)热热影响区区。3.1.2 线线能量得得变化对对焊接接接头热影影响区微微

46、观组织织得影响图3.22显示了了线能量量AZ661镁合合金钨极极氩弧焊焊焊接热热影响区区联合微微观结构构的变化化的影响响。与报报道相同同的纸张张一致，衍射分分析表明明，热影影响区的的显微组组织由两两个阶段段组成：白过饱饱和固溶溶体-Mgg相（如如图3.2所示示（一）根据箭箭头 ）黑黑的-相（如图33.2所所示，（a）在在箭头BB提到）。 33.2图图像分析析工具（工具33.0 UTHHSCSSAImmagee）图的的（一） - 3.22（e）在热影影响区的的-Mgg晶粒尺尺寸和热热影响区区宽度的的定量分分析，其其结果示示于图33.3。可以看看到，焊焊接接头头的热影影响区宽宽度的线线能量的的增加

47、而而增加，并且具具有-Mgg系的晶晶粒粗化化。当焊焊接热小小（633J.mmm-11），热热影响区区的-Mgg的平均均晶粒尺尺寸（334.99m）和和基体材材料相类类似的尺尺寸，焊焊接热影影响区的的再结晶晶，但没没有明显显的晶粒粒生长。当线能能量超过过63JJ.mmm 1和和达到-1 990J.mm，在热影影响区的的-Mgg平均晶晶粒尺寸寸增加至至72.9m的平平均粒径径的-镁母母材的22倍，约约线能量量，在热热影响区区晶粒严严重变粗粗扩大领领先优势势。这是是因为粮粮食生长长和粗性性质的晶晶界迁移移过程中中，高线线性能量量晶界迁迁移的驱驱动力。通常情情况下，也导致致较高的的线能量量焊接熔熔池中

48、时时不再停停留在高高温的液液体，从从而使基基体金属属扩散更更多的热热量。因因此，随随着线能能量的增增加，焊焊接热影影响区的的宽度也也增加（图3.3）。在线较较低的能能源（663J.mm-1）另另外值得得注意的的是，有有更多连连续的相在热热影响区区（图33.2（a）条条），但但与线能能量增加加，连续续下降的的公测相相和粒状状的-Mgg17AAl122相，但但增长。达到其其最大线线能量（90JJ.mmm-1）时，只只存在少少量的连连续的-相（图3.2以下下（e）的热热影响区区。这是是因为线线能量增增加，提提高焊接接热影响响区的温温度，使使冷却速速度相对对增加，因此，不能完完全溶解解，得到到连续满满

49、足-MGG在一个个连续的的或颗粒粒过渡。此外，焊接热热输入增增加也导导致从过过饱和的的-Mgg固溶体体脱溶沉沉淀颗粒粒形式的的-相的的固溶。图3.22 不同同线能量量条件下下AZ661镁合合金钨极极氩弧焊焊接接头头微观组组织：(a) 63 J.mmm-11, (b) 72 J.mmm-11,(cc) 777.44 J.mm-1, (d) 811 J.mm-1和(e) 90JJ.mmm-1。图3.33 线能能量对AAZ611镁合金金钨极氩氩弧焊接接接头热热影响区区得宽度和和-Mgg平均晶晶粒尺寸寸得影响。3.1.3 线线能量得得变化对对焊缝熔熔合区微微观组织织得影响图3.44显示了了不同的的线性

50、能能量的条条件下AAZ611镁合金金TIGG焊接接接头熔合合区显微微组织的的演变。可以看看到，在在熔合区区的-Mgg相的细细等轴枝枝晶的相的晶晶界处分分布。中中的-Mgg的平均均晶粒尺尺寸在熔熔合区的的定量分分析使用用图像分分析工具具（UTTHSCCSA图图像工具具6.00），并并把结果果如图33.5所所示。的的小线能能量（663J.mm-1），细等轴轴晶体的的熔融区区，可以以看出，具有的的平均晶晶粒尺寸寸约177.5m，远远低于基基体材料料的冷却却速度，即较高高的熔合合区熔合合区的晶晶粒细化化。随着着焊接热热量的增增加，熔熔池中的的热的液液体滞留留时间变变长，冷冷却速度度也开始始下降，晶粒粗

51、粗化。当当焊接热热到900J.mmm1，熔合区区的-Mgg晶粒尺尺寸为445.55m的线线能量增增加，导导致在熔熔合区的的晶粒粗粗化。仔仔细观察察可以发发现在图图3.44（一） - 3.44（e）在熔合合区线能能量633J.mmm，-呈连连续的网网状分布布在晶界界处，与与线能量量增加，-相连连续在晶晶界处的的网状不不连续的的或颗粒粒状的过过渡（图图3.44（e）项）。这是因因为当线线能量低低，焊缝缝获得较较高的冷冷却速率率，限制制了-Mgg晶粒的的生长，从而在在连续的的相的晶晶界处。随着线线能量的的增加，焊缝的的冷却速速度降低低，从而而使熔池池中的液液体保持持时间的的增加，充分发发展的-Mgg

52、系的分分支晶体体的-相分分离成不不连续的的或颗粒粒状。图 3.4 不不同线能能量条件件下 AAZ611 镁合合金钨极极氩弧焊焊接接头头熔合区区微观组组织扫描描电子显显微镜背背散射照照片：(a) 63 J.mmm-11, (b) 72 J.mmm-11, (c) 77.4 JJ.mmm-1, (dd) 881 JJ.mmm-1和和 (ee) 990J.mm-1。图 3.5 线线能量与与熔合区区中平均均晶粒尺尺寸得关系。3.2 线能量量得变化对对焊接接接头力学学性能得得影响3.2.1 拉拉伸强度度图3.66示出的的线性的的能量变变化的AAZ611镁合金金钨极电电弧焊焊焊接接头头的极限限拉伸强强度的

53、影影响。在在这个实实验中，当能量量最低的的（633J.mmm-11）的线线，焊接接是不渗渗透的同同时，不不仅是由由于屏蔽蔽的屏蔽蔽气体保保护熔池池表面的的焊缝的的背面（与空气气直接联联系），使空气气侵入焊焊缝间隙隙通过焊焊接熔池池和毛孔孔粗大的的形成（图3.6）。的条件件下的线线能量，AZ661镁合合金TIIG焊接接接头的的极限抗抗拉强度度为1335Mppa的，基体金金属的极极限抗张张强度（2855Mpaa）499在镁镁合金AAZ611填充焊焊丝钨极极惰性气气体保护护焊的焊焊接工艺艺，低线线性能量量容易导导致焊接接缺陷的的发生，并导致致焊接接接头拉伸伸性能的的下降。随着线线能量的的逐步增增加，

54、镁镁合金AAZ611焊接接接头的极极限拉伸伸强度逐逐渐增大大。当线线能量的的81JJ.mmm-1，焊接接接头的极极限抗拉拉强度，达到990的的极限拉拉伸强度度的基体体材料。这是因因为在较较高的能能量线，避免缺缺的大孔孔隙的渗渗透（从从图中可可以看出出（2559Mppa）具具有最大大拉伸强强度的焊焊缝是均均匀的，没有任任何明显显的裂缝缝和孔洞洞）。此此外，你你可以看看到，当当焊接热热90JJ.mmm-1，AZ661镁合合金TIIG焊接接接头出出现小幅幅下调至至极限拉拉伸强度度。这是是因为在在AZ系系列镁合合金，镁镁和锌可可能是比比较低的的沸点（沸点铝铝熔体和和铝的熔熔点，镁镁和锌是是：23333

55、KK，9333K，13880K，9233K，110233K，6693KK），并并蒸发压压力较高高的（110000K蒸发发压力在在得到的的铝，镁镁和锌是是：PAA，500Pa的的，2110Paa），在在高温下下的热源源在焊接接过程中中，镁合合金，镁镁，锌将将是第一一个蒸发发。 AAZ系列列镁合金金，锌（锌含量量1）的作作用一方方面反映映他们的的固溶强强化，另另一方面面可以提提高镁铝铝中的溶溶解度，从而改改善了铝铝的固溶溶强化效效果，因因此，高高焊接能能量会导导致蒸发发，削弱弱焊缝锌锌的锌和和铝的固固溶强化化作用，导致焊焊接接头头的极限限拉伸强强度的下下降。图 3.6 线线能量与与钨极氩氩弧焊焊焊

56、接接头头极限抗抗拉强度度得关系。图3.77（a）和3.7（bb）表示示一个典典型的热热挤压AAZ611镁合金金基体金金属断口口和气体体钨极电电弧焊焊焊接接头头断口形形貌（990J.mm-1）。母材断断裂的断断裂的塑塑性变形形，断裂裂特性，因为有有更多的的撕裂纤纤维和撕撕裂的步步骤（图图3.77所示的的（a）所示）。焊接接接头断断裂，表表现出准准解理断断裂特性性 - 例如，一个大大型的小小便解理理面断裂裂面（如如图3.7所示示（B）中的箭箭头A所所指），二次裂裂纹的含含义内（如图33.7所所示（二二）的箭箭头B）和第二二相粒子子（图33.7（b）条条中所示示的箭头头C所指指）。值值得一提提的是A

57、AZ611镁合金金TIGG焊接接接头断裂裂在热影影响区（而不是是熔合区区）。这这是因为为在热循循环影响响的焊接接热影响响区的晶晶粒尺寸寸在焊接接过程中中，粗糙糙化，从从而在下下拉式菜菜单中的的热影响响区的抗抗拉强度度。此外外，热影影响区的的晶粒边边界上析析出的第第二相粒粒子在拉拉伸过程程中很容容易产生生应力集集中，也也有可能能成为拉拉伸断裂裂的裂纹纹的来源源。图 3.7 典典型得镁合金金 AZZ61 拉伸断断口扫描描电子显显微镜照照片：（a）母母材和（b）钨钨极氩弧弧焊焊接接接头(90JJ.mmm-1)。3.2.2 显显微硬度度图3.88是典型型的AZZ61镁镁合金TTIG焊焊接接头头的横截截

58、面的显显微硬度度分布（63JJ.mmm-1）。你可可以看到到基体金金属，热热影响区区和熔合合区和显显微硬度度值得如如下：基基体金属属的熔合合区的热热影响区区。这是是因为镁镁合金的的钨TIIG焊接接过程，熔合区区通过以以下方式式获得细细等轴晶晶粒构成成的冷却却速度快快，而热热影响区区的晶粒粒粗化的的影响下下，在热热循环中中出现。因此，这三个个区域的的颗粒尺尺寸为如如下的关关系：基基体金属属的熔合合区热影影响区的的Halll-PPetcch关系系的基础础上，较较小的晶晶粒尺寸寸，更大大的显微微硬度。因此，在本实实验中，焊缝区区的显微微硬度值值改变他他们的-MGG的晶粒粒尺寸是是成反比比的。但但是，

59、结结果的AAZ311镁合金金激光焊焊接接头头的横截截面的显显微硬度度值不同同的分布布特征。AZ331镁合合金激光光焊接接接头的熔熔合区和和显微硬硬度值高高于母材材和热影影响区的的显微硬硬度值超超过基体体金属，和熔池池快速冷冷却速度度的激光光焊接工工艺。图 3.8 典典型 AAZ611 镁合合金钨极极氩弧焊焊接接头头横断面面显微硬硬度得分布（63JJ.mmm-1）。图3.99显示了了焊接热热变化AAZ611镁合金金钨氩弧弧焊焊接接接头熔熔合区和和热影响响区的显显微硬度度影响。可以看看到，较较高的焊焊接线能能量，焊焊缝熔合合区和热热影响区区的硬度度值越低低。镁合合金焊缝缝区的显显微硬度度增加，可归

60、结结为晶粒粒细化和和刚性的的-相得得作用增增强。在在焊接过过程中，线能量量可能会会增加熔熔合区和和热影响响区的晶晶粒粗化化的结果果。因此此，焊缝缝硬度值值继续下下滑线能能量增加加。此外外，你还还可以看看到从图图中进一一步增加加线能量量，热影影响区和和融合区区和显微微硬度值值变化明明显较小小。这可可能是因因为在一一条线的的高能量量的情况况下，更更多的颗颗粒的相在焊焊缝热影影响区和和熔合区区，从而而抵销部部分粗化化的热影影响区的的硬度值值下降的的。图 3.9 焊焊接线能能量得变化对对 AZZ61 镁合金金钨极氩氩弧焊接接接头熔熔合区和和热影响响区显微微硬度得得影响。3.3 本章小小结通过研究究线能