AZ31镁合金真空电子束焊工艺参数正交试验研究

作者:黄文静;解加全;吴志生;王烁; 刊名:热加工工艺 上传者:潘冬荣

【摘要】采用正交试验的方法优化5 mm厚AZ31镁合金真空电子束焊工艺,通过极差分析的方法确定最优焊接参数,并且对优化参数下的焊接接头进行硬度试验。试验结果表明,工艺参数为聚焦电流1.59 mA,电子束流42 mA,焊接速度2000 mm/min,加速电压49 kV时焊接接头硬度最高,且接头各区域硬度值分布为焊缝接近于母材,热影响区最低。

全文阅读

镁合金是一种绿色环保节能材料,凭借自身密度小、比强度、比刚度高等优点被广泛应用于工业生产[1]。电子束焊穿透力强、电子束流高、功率密度大[2],在真空状态下焊接镁合金,焊接板材变形小,热影响区窄,在很大程度上克服了镁合金焊接接头易出现粗晶、气孔、裂纹等缺陷,有力推动了镁合金在大型结构件及非结构件上的应用[3]。正交试验设计确保多因素试验能够实施,解决了工艺中有关稳定性的问题,科学地对试验结果进行分析[4]。利用电子束焊对镁合金进行焊接,结合焊接接头力学性能指标以及焊接工艺影响因素,研究各因素各水平对考核指标的影响程度,最终确定较优焊接工艺影响因素的组合方案。1试验材料试验设备选用TECHMETA公司生产的LARA52型号真空电子束焊机,加速电压参数范围为0~50kV,电子束流0~200 mA,聚焦电流0~3 A连续可调,焊接工作室真空度可达10-6Pa,采用对接接头形式。试验板材采用冷轧态(冷加工硬化)AZ31镁合金,尺寸均为150 mm×80 mm×5 mm,化学成分及室温力学性能见表1。母材金相试样采用草酸溶液(草酸:蒸馏水=5g:100 mL)腐蚀液进行腐蚀,采用超景深显微镜(KEYENCE VHX-2000)观察金相组织,采用扫描电镜(HitachiS-4800)扫描母材微观成分,利用XRD衍AlMnZnCuNiSiFe3.0~4.0 0.15~0.50 0.20~0.80 0.050.0050.100.05余量25414910MgRm/MPa Re/MPaA(%)表1 AZ31镁合金化学成分及室温力学性能(质量分数,%)Tab.1 Chemical composition and mechanical propeties at room temperature of AZ31 magnesium alloy (wt%)射仪进行物相定性分析。镁合金主要为细小等轴晶,主要相成分为α-Mg及β-Mg17Al12[5],灰色部分为Mg基体,第二相β-Mg17Al12为片层状、块状形态的白色亮片,结果如图1所示。2正交优化试验设计本试验选择聚焦电流If、电子束流Ib、电压U、焊速F四种工艺参数,最终设计为四因素三水平的正交试验表,试验考核指标为力学性能指标,包括抗拉强度、屈服强度和硬度值。正交试验因素与水平如表2所示。按照常规试验方法,需34=81次的试验才能得到最优参数,而采用的正交试验设计方法,在所选水平范围之内,进行9组代表性强的试验[6],可找出最佳的焊接接头质量的工艺参数,正交设计方案及其结果如表3所示。拉伸试验显示,9组镁合金试样焊接接头的抗拉、屈服强度基本可达母材强度的70%~90%,屈服比在60%~73%之间波动,然而伸长率变化规律不显著。常温下镁合金母材的塑性较差,伸长率为10%左右,9个试样中焊接接头伸长率与母材的数值相近。1号试样性能优良,6号试样性能相对较差。根据热输入公式E=UIb/V计算得,1号热输入值略低于6号,然而随着聚焦电流的增加,电子束聚焦斑点位置上移,焦距由聚焦(1号)变为散焦状态(6号)。电子束焊的焊缝成型是多因素耦合的结果,由电子束流、电压、焊接速度控制着主要的焊接热输入,确保焊缝可熔透,而聚焦电流作用在于影响聚焦斑点的位置,当斑点聚焦在表面时,可获得较大深宽比,当斑点位置上移,变为散焦距焊接时,会适当增加焊缝的熔宽[7]。聚焦位置的变化引起焊缝所获实际热输入的不同,最终造成力学性能有所差异。因此,在热输入值较接近的情形下,对于5 mm厚AZ31镁合金真空凝固电子束焊采用表面聚焦(1.59mA),接头的力

参考文献

引证文献

问答

我要提问