变形镁合金AZ31B的激光焊接工艺研究

本文以AZ31B变形镁合金为主要对象 ,研究镁合金的激光焊接工艺特点 ,探讨焊接工艺参数对接头组织及性能的影响。结果表明 ,激光脉宽是影响焊接接头性能的主要工艺参数 ,通过控制激光脉冲宽度可以获得高质量的镁合金焊接接头。组织观察发现镁合金激光焊接接头焊缝组织致密 ,晶粒细小 ,热影响区不明显 ;另外硬度试验显示 ,母材、热影响区、焊缝硬度相当。在本试验条件下采用YAG激光焊接工艺能够成功的实现变形镁合金AZ31B的连接 ,接头强度可达母材的 95 %。     

AZ91镁合金的YAG脉冲激光焊接

为了研究AZ91镁合金的焊接性,采用YAG脉冲激光焊单面焊双面成型的工艺对厚1.5mm的AZ91变形镁合金进行了焊接试验研究,由试验研究结果可知,焊缝中的组织主要是细小的等轴晶区,熔合线清晰,无明显的热影响区,缺陷较少,焊缝的晶粒尺寸明显小于母材;由于Mg的蒸发,最终导致了焊缝区Al和Zn含量的相对增加,使得焊缝的显微硬度都高于母材。结果表明,采用合理的工艺措施,AZ91镁合金具有良好的YAG脉冲激光焊接性。     

AZ91D铸造镁合金激光焊接气孔研究

针对铸造镁合金的激光焊接气孔难题,以AZ91D铸造镁合金为主要材料,紧密围绕气孔产生的原因、影响因素及其控制开展研究.探讨了铸造镁合金激光焊接气孔产生的特点和机理;研究了自熔激光焊接气孔产生的原因及影响因素;研究了填充焊丝激光焊接对焊缝气孔的控制及不同对接间隙焊接的质量控制.研究结果表明:铸造镁合金的激光焊接稳定性和气孔率主要受母材微孔率影响.对于母材微孔率在1-3%的铸造镁合金,采用填充焊丝激光焊接技术,焊缝平均气孔率降低到0.31%;对于母材微孔率在6-10%的铸造镁合金,采用填充焊丝激光焊接技术,使焊缝平均气孔率由20%降低到3%,对接间隙0.4mm时可以进行正常的焊接.     

AZ91HP镁合金真空激光熔凝的微观组织与性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了激光熔凝处理。研究结果表明,镁合金激光熔凝层均是由α3/Mg和β-Mg17Al12相所构成,且随激光扫描速度的增加,β-Mg17Al12相的相对含量降低。随着激光扫描速度的增加,由于熔凝层组织细化,致使其硬度、耐磨性、减磨性和耐蚀性增加,但因熔凝层中β-Mg17Al12相的相对含量较高,使得激光熔凝层的耐蚀性较镁合金为低。     

AZ91镁合金激光表面熔凝处理的微观组织变化

为了研究激光处理后镁合金表面组织的变化,采用CO2激光对AZ91镁合金表面以氦气作为保护气体的条件下进行处理,对处理过的试样用光学显微镜进行观察,并用显微硬度计测量其截面的显微硬度值,取得了试样表面和截面的组织照片和沿截面的硬度分布曲线。结果表明,激光处理过的镁合金表面与未经处理的镁合金表面相比晶粒得到了明显的细化,且随着激光扫描速度的降低,晶粒更细,而熔凝层的深度随着速度的增加而减小,同时在细化后的晶粒的晶界上的β相基本上消失,对其截面进行的显微硬度的测量结果显示其硬度相对未处理的试样有明显的提高,且晶粒越小显微硬度值越高,符合Hall-Petch公式。     

高功率激光熔凝AZ91HP镁合金组织和性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了高功率激光熔凝处理。研究结果表明,在高功率激光快速扫描下,熔凝层主要由分布于α-Mg枝晶间的板条状β-Mg17Al12构成,硬质相β-Mg17Al12含量较原始镁合金有所增加。随激光功率增加,熔凝层树枝晶尺寸逐渐增大,且长度方向上的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。由于枝晶细化和β-Mg17Al12的强化作用,与原始镁合金相比,熔凝层的硬度约提高90%左右,耐磨性提高78%,耐蚀性显著提高。     

镁合金/钛合金脉冲激光焊接头的组织、性能调控

采用脉冲激光偏移镁侧并添加铜中间层的方法对镁合金和钛合金进行激光对接焊接,研究了界面元素扩散和反应特点,分析了铜中间层厚度对接头组织和力学性能的影响及接头断裂的主要原因。结果表明:铜中间层的加入改善了焊缝/钛合金界面的组织,增大了界面附近Ti-Cu化合物的含量;随着铜中间层厚度增大,界面处Ti2Cu反应层的厚度逐渐增大并变得连续,且接头的断裂位置从界面反应层转变到焊缝区;当铜中间层的厚度达到30μm时,接头的抗拉强度达到了121 MPa。     

激光电弧复合焊接AZ31B镁合金

采用激光束与电弧复合焊接AZ31B镁合金，研究了这种复合热源对焊接熔深、表面成型的影响，探索了激光-电弧不同复合方式对焊接过程中电弧稳定性的影响。结果表明，激光束与焊接电弧共同组成的复合热源在正向焊接镁合金时形成的焊接熔深，比单独采用钨极氩弧焊(TIG)焊接增加了1倍左右，同时复合热源焊接电弧稳定性也较钨极氩弧焊接提高了1倍以上，是一种理想的镁合金焊接方法；而当激光-电弧复合热源反向焊接时，电弧稳定性较正向焊接进一步增大。对复合热源的电弧稳定性和激光吸引电弧的现象以及熔深增加的机理进行了讨论。     

镁合金厚板激光焊缝组织及抗拉强度研究

为了提高镁合金激光焊接认识程度,采用高功率CO2激光焊接了10mm厚AZ31镁合金,并对焊缝微观组织和接头抗拉强度进行了研究.在高温作用下,因为镁元素的高温蒸发与烧损,焊缝表面会形成难以克服的凹坑缺陷.在实验条件下,焊缝熔合区微观组织为等轴枝晶,且随着焊接热输入的减少,晶粒细化.抗拉强度测试表明,表面凹坑和焊缝内气孔缺...     

低能量密度气体激光熔凝AZ31B镁合金的微观组织与磨损性能

为提高镁合金表面的耐磨性,利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相,并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明:熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成,晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P=2 kW、扫描速度v=15 mm/s、激光能量密度E=26 J/mm2时,晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好,即显微硬度最高,为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%;耐磨性改善程度最好,磨损量是原始镁合金的40%,耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。     

金刚石锯片激光焊接的微观组织与性能研究

从金刚石锯片的激光焊接接头的微观结构,分析了焊接接头的各区域的显微组织分布、基板组织状态及后处理对焊接性能的影响,研究了提高焊接性能的主要途径。     

AZ91D镁合金表面激光熔覆Zr-CU-Ni-Al/TiC复合粉末的组织与磨损

为了提高镁合金的磨损性能,采用激光熔覆技术在AZ91D镁合金表面熔覆了Zr-Cu-Ni-Al/TiC复合粉末,制备出TiC和原位合成ZrC共同增强的Zr基非晶复合涂层。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术研究了熔覆层的组织;并利用干滑动磨损方法评价了涂层的耐磨性。研究结果表明,熔覆层组织主要由非晶和金属间化合物组成;在非晶相和金属间化合物复合作用下,熔覆层表现出优异的耐磨性;且随着TiC含量的增加,耐磨性得到进一步的提高。涂层和基材AZ91D的主要磨损机制不同,前者是疲劳剥落和黏着磨损,后者是磨料磨损。     

AZ91D-T6铸造镁合金激光冲击强化和高周疲劳性能研究

为了研究激光冲击对AZ91D-T6铸造镁合金高周疲劳性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器(波长1064nm,脉冲宽度20ns),对中心缺口试样进行激光冲击强化(LSP)处理,并进行了拉-拉疲劳试验,分析了表面形貌、表面显微硬度、微观组织、疲劳断口特征和残余应力分布,结果表明:以1.5GW/cm2功率密度和光斑50%搭接的激光冲击强化后,中心缺口疲劳试样上下表面形成高残余压应力,显微硬度提高24%左右,晶粒明显细化,冲击试样循环周次比未冲击的提高33.7%,疲劳断口呈解理断裂特征,主要表现为大量解理台阶和河流花样,β-Mg17Al12相的存在改变了疲劳裂纹扩展路径。激光冲击延迟了裂纹萌生时间,提高了AZ91D-T6铸造镁合金的疲劳寿命。     

AZ91D镁合金Al-Si粉末激光合金化及腐蚀性能

采用Al-Si粉末对AZ91D镁合金进行了同步送粉激光合金化研究,以期改善镁合金的耐腐蚀性能.讨论了激光加工参数与合金化层几何尺寸的对应关系;采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等材料表征手段分析了合金化层显微组织的结构特征.通过阳极极化实验评价了AZ91D镁合金激光合金化组织的腐蚀性能.结果表明,AZ91D镁合金激光合金化表层的耐腐蚀性能明显提高;剖析了Mg2Si,Al12Mg17,Al3Mg2等金属间化合物(IMC)的耐腐蚀作用.     

AZ31B镁合金CO2气体激光熔凝的微观组织与磨损性能

以AZ31B镁合金为对象,对其进行CO2气体激光表面熔凝处理,采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段,研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W,扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成,且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主,枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用,熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主,而熔凝层以磨粒磨损为主,熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。     

GH909合金激光焊接接头的微观组织特征

采用光纤激光器对2 mm厚GH909合金进行焊接实验,探究了焊缝横截面宏/微观成形、外延生长组织演变和接头典型位置的晶体分布特征。研究结果表明：GH909合金焊缝呈典型的沙漏形,焊缝区晶粒尺寸明显大于母材和热影响区的晶粒尺寸;典型的柱状晶析出在焊缝中部和下部,少量等轴晶在焊缝顶部形成;平面生长的针状晶优先在上部近焊缝区形成,并通过竞争淘汰转变为稳定生长的细长柱状树枝晶,与此同时,中部近缝区发生胞状晶、胞状树枝晶向柱状树枝晶的转变;迁移晶界出现在热影响区,焊缝中靠近熔合线的位置存在外延生长和非外延生长两种生长模式;焊缝中部晶粒呈现为典型的非连续生长特征,晶粒宽度由小变大,但立即被新晶粒代替;焊缝上部晶粒的生长方向一致,呈现聚集特征,连续生长的γ柱状晶最终形成贯穿的巨大晶粒。     

AZ31B镁合金可调环形光斑光纤激光焊接试验研究

针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题,提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验,研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,当中心激光束功率大于环形激光束功率时,施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽;当中心激光束功率小于环形激光束功率时,焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域,焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区,且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域,焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区,且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大,焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时,接头抗拉强度和延伸率最高,接头断裂于焊缝熔合线附近,呈韧-脆混合断裂模式。     

AZ91镁合金激光冲击强化力学性能研究

为了研究激光冲击强化对镁合金力学性能的影响以及不同激光冲击模式的效果,采用双束无叠加钕玻璃脉冲激光对AZ91镁合金进行冲击处理;冲击后在试样表面得到椭圆冲击斑,对光斑形貌和形状进行了观测分析,并与传统单点叠加冲击模式的结果对比。采用Triboindenter纳米压痕仪测试了冲击和未冲击区域的纳米硬度,得到测量值分别为1.59GPa和1.47GPa;采用X2350A型X射线应力衍射仪测试冲击区域残余应力分布情况,并用有限元软件ABAQUS对残余应力进行了数值模拟,得到实验测量和模拟结果在加载区域都有高达-120MPa左右的残余应力分布,且模拟结果与实验结果一致。结果表明,采用双束无叠加冲击模式可以提高冲击效率;激光冲击处理提高了镁合金的纳米硬度和力学性能,增强了其抗外物冲击损伤和抗疲劳性能。     

激光冲击AZ31镁合金抗腐蚀性能研究

利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行激光冲击处理,金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层(强化层约0.8mm)产生超高应变速率的塑性变形,晶粒内部存在大量位错和孪晶,高密度位错相互缠结,并与孪晶相互交叉导致晶粒细化。镁合金冲击表层硬度比基体提高约58%,表面残余压应力达120MPa。在质量分数为3.5%NaCl溶液中,采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸应力腐蚀试验研究其冲击后的腐蚀行为,结果表明激光冲击后自腐蚀电位提高,腐蚀电流增大,抗腐蚀性有所降低,但激光冲击后镁合金抗应力腐蚀性能提高。     

镁合金激光焊接技术的研究现状与发展

简要的介绍了镁合金焊接的难点,综述了近年来国内外镁合金激光焊接的研究进展,分析了镁合金激光焊接的工艺、接头组织、力学性能、主要缺陷及预防措施等,并对镁合金的激光复合焊接技术作了简单介绍,展望了镁合金激光焊接的发展趋势。