AZ31鎂合金薄板電阻點焊熔核生長及結(jié)晶行為研究.pdf

1、鎂及其合金作為密度最小的結(jié)構(gòu)用金屬材料，不但具有比強度、比剛度高，減振性、抗輻射強等優(yōu)點，而且易切削加工，可回收再利用，在汽車、電子、航天、航空和國防軍事事業(yè)領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景，是繼鋼鐵和鋁合金之后發(fā)展起來的第三類金屬結(jié)構(gòu)材料。研究鎂合金的電阻點焊，充分了解鎂合金點焊的產(chǎn)熱過程、熔核生長行為、接頭組織凝固特性以及焊接缺陷形成機理，對提高點焊接頭強度、增加鎂合金材料的適應(yīng)性具有重要的指導(dǎo)意義，對鎂合金的工業(yè)化應(yīng)用進

2、程具有積極地促進作用。
　　基于顯微接觸理論，建立了電阻點焊過程的電-熱-力耦合有限元模型。采用有限元模擬和焊接試驗相結(jié)合的方法研究了1mm厚AZ31鎂合金電阻點焊熔核的生長過程。發(fā)現(xiàn)液態(tài)熔核在焊接開始的第一個周波內(nèi)形成，在隨后的2～3個周波內(nèi)迅速長大，之后熔核尺寸基本穩(wěn)定。使用直徑為6mm的錐臺形電極時，其最佳工藝參數(shù)為焊接電流17000A，焊接壓力2500N，焊接時間10個周波，預(yù)壓時間20個周波，此時接頭拉剪力達到2210N

3、。對于相同厚度的鎂、鋁和鋼，在相同承載條件下，鎂合金的質(zhì)量小于鋁合金的1/2，低碳鋼的2/3，因此在點焊薄板結(jié)構(gòu)中采用鎂合金代替鋁合金和鋼可以實現(xiàn)輕量化。
　　對點焊過程中動態(tài)電阻的研究發(fā)現(xiàn)鎂合金的動態(tài)電阻隨焊接時間呈單調(diào)下降趨勢，液態(tài)熔核的開始形成和焊接飛濺的產(chǎn)生都會引起動態(tài)電阻值的迅速下降。通過動態(tài)電阻與焊接電流、時間的基本關(guān)系，從焊接熱量產(chǎn)生的基本理論出發(fā)，建立了鎂合金焊點熔核生長模型，為研究鎂合金熔核的生長行為奠定了理論基

4、礎(chǔ)，通過此生長模型可以對1mm厚AZ31鎂合金焊接過程中熔核的生長行為進行預(yù)測及分析。
　　通過研究焊接工藝參數(shù)、接頭應(yīng)力分布和接頭組織特征對鎂合金點焊接頭的強度和斷裂部位的影響，發(fā)現(xiàn)工藝參數(shù)對接頭強度的影響存在最佳值，接頭受力時熔核是主要的承載部位，在熔核邊緣與板縫結(jié)合處由于幾何非線性和材料的非線性將出現(xiàn)應(yīng)力集中，這里是點焊接頭受力時最薄弱的環(huán)節(jié)，裂紋從這里萌生，沿熔核邊緣高應(yīng)力區(qū)擴展。
　　通過對1mm厚AZ31鎂合金點

5、焊熔核凝固過程溫度場的研究，計算得到焊點熔核的冷卻曲線及溫度梯度分布曲線，發(fā)現(xiàn)鎂合金獨特的熱物性能使得在點焊條件下焊點凝固過程為糊狀凝固，凝固時間較長。與鋼和鋁合金等相比，液態(tài)熔核內(nèi)部溫度梯度較小，整個凝固過程中異質(zhì)形核率與晶粒長大速率的比值較大，最終導(dǎo)致鎂合金熔核的凝固組織為等軸晶組織。由于焊點熔核冷卻速度很快，熔核內(nèi)部組織為典型的非平衡凝固條件下得到的離異共晶組織，為初晶α-Mg晶粒和沿晶界分布的離異共晶組織β-Mg17Al12。<

6、br>　　飛濺是1mm厚AZ31鎂合金點焊過程中最主要的焊接缺陷，它的產(chǎn)生將會直接破壞焊點的完整性，嚴重影響接頭的強度。基于粗糙表面電接觸理論和接觸面最高溫度mT與接觸界面電壓降V之間的關(guān)系研究了鎂合金點焊外部飛濺的產(chǎn)生原因，發(fā)現(xiàn)外部飛濺主要是由界面上接觸電阻的非均勻分布引發(fā)局部區(qū)域溫度高于金屬熔點所導(dǎo)致的。將焊點熔核的生長過程和周圍金屬的塑性變形作為一個整體研究了點焊內(nèi)部飛濺，發(fā)現(xiàn)鎂合金相對與其它金屬在點焊過程中將產(chǎn)生更大的體積膨脹，