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 %。     

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。     

退火处理对激光冲击AZ31镁合金力学性能的影响

研究了激光冲击AZ31镁合金在不同退火条件下的力学性能及其断口形貌。结果表明:随着退火温度及退火时间的增长,合金的硬度逐渐降低;在相同的退火时间(30 min)条件下,抗拉强度及延伸率在200℃~350℃温度区间内,随着温度的升高逐渐增加,在400℃退火后迅速降低;在相同的退火温度(350℃)条件下,随着时间的延长抗拉强度逐步降低,伸长率先略有增加然后降低;最佳的退火温度及时间为350℃和30 min,抗拉强度和断裂伸长率分别达到342 MPa及18%。不同的退火工艺对激光冲击后合金的断口形貌有明显影响,在350℃和30 min退火后断口呈现明显的韧性特征。     

AZ91D镁合金表面激光熔覆钴基合金涂层及性能分析

为改善AZ91D镁合金的表面性能,采用预置粉末脉冲激光熔覆法在镁合金表面制备钴基合金涂层,用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析熔覆层与基体结合界面特征、熔覆层成分。并结合Co-Cr相图、Co-W-C相图分析了熔覆层的组织形成过程,对基体及熔覆层显微硬度和耐蚀性进行测试。结果表明:合金层与基体冶金结合,熔覆层无明显缺陷;熔覆层硬度约为560HV达到基体的9倍;钴基合金层的耐蚀性能较高,自腐蚀电位比AZ91D镁合金基体提高1.18V,腐蚀电流降低约5个数量级。     

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。     

AZ31B镁合金表面激光合金化Al-Cu涂层制备及其性能研究

针对镁合金表面耐磨性差的问题,采用预置粉末法对AZ31B镁合金表面进行激光合金化Al-Cu粉末试验。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机对合金化涂层的相组成、微结构及性能进行了分析。结果表明,涂层与基体呈冶金结合、组织均匀致密、呈网状结构;涂层中除了有α-Mg、β-Al12Mg17外还含有CuMg2,且β-Al12Mg17含量远高于基体材料;涂层的显微硬度由50HV提高到210～265HV,为基体的4～5倍,相对耐磨性为2.5。     

激光冲击处理对AZ31镁合金力学性能的影响

为了分析高速应变条件下镁(Mg)合金的动态力学行为及组织结构变化,使用激光冲击处理(LSP)技术对AZ31 Mg合金进行了强化处理,并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等手段对LSP试样的微观结构进行了表征。结果表明:LSP后AZ31 Mg合金试样的表层晶粒得到细化,其主要亚结构以大角度晶界为主;表面硬度比未冲击试样提高了127%;试样的抗拉强度提高了21%;断裂延伸率提高了16%;AZ31 Mg合金的断裂方式有向韧性断裂转变的趋势,材料的韧性明显提高。     

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。     

激光冲击处理对AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的影响

为了研究激光冲击处理对镁合金焊接件应力腐蚀性能的影响,采用激光波长1064nm,脉冲宽度15ns,脉冲能量4J,光斑直径3mm的钕玻璃脉冲激光器,对AZ31B镁合金交流氩弧焊接件表面进行冲击处理。室温下采用三点加载的方式,在去离子水中对试样进行应力腐蚀实验。利用光学显微镜和透射电镜观测激光冲击试样微观结构,利用扫描电镜观测应力腐蚀断口。实验结果表明:根据优化的激光参数,能在试样表面制得纳米结构表层,样品表面纳米晶粒大小为35nm左右;激光冲击处理改变了试样表面的应力状态,由残余拉应力60MPa转变为残余压应力-125MPa;激光冲击处理后自腐蚀电位增大88mV,腐蚀电流减小了73.4%,从而降低试样腐蚀倾向;未激光冲击的试样在浸没了192h后出现应力腐蚀开裂,而激光冲击的试样在浸没了10个月后未出现裂纹,这表明激光冲击处理能够提高AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的能力。     

AZ31B镁合金激光表面微凹坑效应及其电化学腐蚀行为

为研究激光表面微凹坑对AZ31B镁合金耐腐蚀性能的影响,利用光纤激光器在材料表面制备微凹坑阵列。通过扫描显微镜观测微凹坑的形貌、直径和深度,利用双单元电化学工作站测试微凹坑制备前后材料表面的动电位极化曲线。结果表明:微凹坑的直径和深度均随激光功率的增大而增大,微凹坑周围出现烧蚀现象;微凹坑直径与扫描次数无显著相关性,但微凹坑圆度与扫描次数呈正相关性。在相同微凹坑密度下,与未处理试样相比,激光功率为6、10、16 W时试样的自腐蚀电位分别向正移-33、40、26 m V,自腐蚀电流分别减少了91.93%、92.09%、91.19%。激光功率为10 W时具有最好的抗腐蚀性能;在相同激光功率下,与未处理试样相比,微凹坑密度为1.5%、2.5%、5.0%时试样的自腐蚀电位分别向正移21、40、56 m V,自腐蚀电流分别减少了92.22%、92.09%、94.05%。在实验密度范围内,微凹坑密度越高,AZ31B镁合金表面的抗腐蚀性能越好。     

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。     

薄板AZ31B镁合金脉冲Nd:YAG固体激光焊接工艺研究

利用500W脉冲Nd:YAG固体激光对2mm厚的AZ31B变形镁合金的焊接工艺进行了研究.结果发现,平均功率和脉冲宽度相同时,熔深熔宽随着脉冲频率的增大而减小;平均功率和脉冲频率相同时,峰值功率和脉冲宽度是影响焊缝几何尺寸的主要参数;脉冲频率和脉冲宽度相同时,熔深熔宽随着平均功率、峰值功率和单脉冲能量的增大而增加;在相同的平均功率、峰值功率和占空比下,脉冲宽度是影响焊缝几何尺寸的主要参数,峰值功率较高时,大的脉冲频率导致大量飞溅的产生,增加了熔池的不稳定性;脉冲激光焊接镁合金时应遵循较大脉宽、低频率、中等峰值功率的原则.     

AZ31B镁合金/不锈钢异种合金双光束激光熔钎焊接特性

以镁基焊丝为填充材料,采用双光束激光熔钎焊的方法对AZ31B镁合金/不锈钢的焊接特性进行了研究。分析了不同工艺参数对焊缝成形、接头力学性能和断裂行为的影响。结果表明,采用双光束进行填丝熔钎焊能够获得较满意的外观成形,无明显缺陷,焊接工艺范围较宽。接头拉伸均断裂于熔化焊的镁侧焊缝及热影响区(HAZ),最大剪切强度为193 MPa,达到镁合金母材强度的71%。组织分析发现焊缝和HAZ的晶粒粗大,成为接头的薄弱部位,是接头失效的主要原因。钎焊侧界面发生了冶金反应,界面处生成1~2 μm的反应层。     

AZ31B镁合金激光喷丸后的形变强化及疲劳断口分析

对AZ31B镁合金中心缺口试样进行激光喷丸强化(LSP)处理,并进行拉-拉疲劳试验。通过研究激光喷丸前后表面完整性的变化规律,发现喷丸后AZ31B试样以滑移和孪生两种方式产生塑性变形,表面及深度方向显微硬度较基体提高50%左右,喷丸区表面残余压应力值达到-126.29MPa,晶粒内部出现大量滑移线和孪晶,晶粒明显细化。通过测量加载点轴向载荷和轴向位移分析了激光喷丸前后的疲劳性能,并比较激光喷丸前后疲劳断口形貌特征,发现喷丸后试样表面没有产生明显的疲劳裂纹源,残余压应力使裂纹尖端的实际应力强度因子降低,提高了疲劳裂纹萌生和扩展抗力,疲劳裂纹扩展路径较未处理试样更为曲折,最终断裂区韧窝尺寸比未喷丸件更大更深,表明激光喷丸后试样的塑性有所提升。     

射线检测钛合金激光焊件微小缺陷分布特征

采用实时成像系统,对复杂结构钛合金激光焊件进行了检测,得到了含有微小缺陷的激光焊件射线图像。为了确定复杂结构激光焊件焊缝中气孔缺陷的位置和分布,对气孔缺陷的分布特征进行了研究,推导出气孔缺陷埋藏深度的计算公式．设计了峰值异常缺陷和斜凹型异常缺陷投影距离自动提取算法,确定了缺陷在钛合金激光焊件中的分布特征,并通过模拟试什的破坏性试验对该公式进行了验证。验证结果表明：测量值与计算值基本一致,     

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。     

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。