AZ31B镁合金DE-GMAW焊接头组织与力学性能研究

作者:陈鹏;马国红;平奇文;沈旭; 刊名:兵器材料科学与工程 上传者:金圣悦

【摘要】为研究DE-GMAW(双电极气体保护焊)焊接2 mm厚AZ31B镁合金板材时旁路电流对焊缝成型、焊缝显微组织和力学性能的影响,利用光学显微镜和X射线衍射分析技术(XRD)对接头的显微组织、相及相的成分进行分析,同时用维氏硬度试验计和万能试验机对焊接接头的显微硬度和抗拉强度分别进行测量。结果表明:焊缝区主要由α-Mg和β-Mg17Al12两种相组成;旁路电流为160 A时焊缝外观成型良好,没有焊接缺陷,焊缝质量高;随着旁路电流增加,熔宽基本保持不变,熔深逐渐减小,同时焊缝区晶粒尺寸逐渐减小;焊接接头显微硬度逐渐增大,接头抗拉强度呈先增大后减小的变化规律,在旁路电流为160 A时达到最大值。

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镁及其合金的密度比铝低36%,比钢低78%,具有比强度和比刚度高、良好的抗腐蚀和抗电磁辐射能力、良好的铸造及机械加工性能等一系列的优点,是21世纪最有前途的材料之一[1-3],应促进其在航空航天、电子通讯以及汽车工业等领域的应用[4]。因此,镁合金材料的焊接不可避免地成为该领域的研究重点。近年来,关于镁合金焊接方面的研究越来越多,其中包括熔化极惰性气体保护焊(MIG)[5]、钨极氩弧焊(TIG)[6]、激光焊接(LBW)[7]、双弧焊接[8]等。自Zhang等[9]提出DE-MGAW焊后,已有很多人发表这方面的研究。Wei等[10]提出双熔化极单电弧气体保护焊(DESA-GMAW)。焊接效率可以通过提高焊接速度来增加,然而当焊接速度达到一定值时焊缝会产生驼峰。Wu等[11]通过设计一个DE-GMAW实验系统来实现高速焊接和抑制驼峰形成的目的。Zhang等[12]通过数值模拟的方法研究DE-GMAW焊接过程中旁路电流对焊缝熔深、熔宽的影响,发现旁路电流减小时,焊缝熔深、熔宽和母材的热输入都增加。石玗等[13]研究了DE-GMAW焊接过程中旁路电流改变对熔深的影响,发现旁路电流只在一定的区间内影响熔深。作者通过MIG-TIG双弧焊接AZ31B镁合金,研究旁路TIG电流的变化对焊缝组织和力学性能的影响。1试验材料与方法试验母材采用热挤压AZ31B镁合金板材,其尺寸为165mm110mm2mm,焊丝为?1.2mm的AZ31B焊丝,母材与焊丝的化学成分,如表1所示。试验采用DE-GMAW焊接方法对试样进行一次性平板堆焊,焊接示意图,如图1所示。MIG焊机为Panasonic的YD-250RT数字IGBT控制MIG/MAG弧焊电机和与之相配的YW-35KB送丝装置,TIG焊机为WS250SMOSZ直流TIG焊机,通过MIG焊枪的电流为主路电流,通过TIG焊枪的电流为旁路电流,通过工件的电流为母材电流,导电嘴到工件的距离d为18mm,焊丝末端到工件的距离d1为5mm,钨极末端到工件的距离d2为5mm,焊丝末端到钨极末端的距离d3为2mm,焊枪夹角为43。焊接参数:主路电流为220A,旁路电流为140、150、160、170A,焊接电压为22V,保护气流量为20L/min,焊接速度为2.8m/min。旁路电流以间隔10A从140A调整到170A。焊接前对试样进行打磨以去除表面的氧化膜,用丙酮清理表面的油污及其他杂质。焊接中采用质量分数为99.99%的高纯氩气作为保护气体。焊后对焊缝横截面进行取样,并按照标准的金相程序对试样进行打磨、抛光、腐蚀,腐蚀后的试样用EclipseMa200型光学显微镜(OM)对其焊缝金相组织进行分析。同时用X射线衍射分析技术(XRD)来确定焊缝中的相。用维氏硬度试验计(HVS-1000A)测量试样的显微硬度,并用万能试验机对试样进行拉伸试验,试样厚度不变,拉伸试样尺寸,如图2所示。2结果与分析2.1旁路电流对焊缝成型的影响不同旁路电流下获得的焊缝形貌及截面,如图3所示。可以看出,随旁路电流的增加,焊缝成型变化很大。当旁路电流为140A时,焊缝不能稳定成型,局部有严重下榻和烧穿。当旁路电流为150、160A时,焊缝能稳定成型,同时从焊缝表面可观察到较明显的鱼鳞纹;但旁路电流为150A时,从截面图中观察到有轻微的咬边缺陷;旁路电流为160A时,焊缝熔宽稳定,鱼鳞纹分布均匀。当旁路电流为170A时,焊缝成型较差,出现偏移,熔宽不稳定。焊缝尺寸随旁路电流变化的规律,如图4所示。随旁路电流增加,熔宽减小但变化不大,熔深逐渐减小,特别是当旁路电流为

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