AZ31鎂合金NSA-TIG焊接接頭力學性能強化機理及腐蝕特性的研究.pdf

1、鎂合金憑借其優(yōu)異性能（比強度高、密度低、減震性好和電磁屏蔽性好），在國防軍工、航空航天和消費電子等領域具有廣闊的應用前景。但由于常溫下鎂及鎂合金的變形能力較差，復雜鎂合金結構件成型困難，鑄造和鍛壓等加工方式難度較大，焊接工藝已然成為該類制件成型的重要技術手段。因而針對鎂合金的焊接技術研究不可或缺。鎢極氬弧焊（Tungsten Insert GAS Arc Welding，TIG）憑借其優(yōu)異的經濟適用性，被廣泛應用于工業(yè)生產中。然而，鎂合

2、金 TIG焊接熔深較淺，難以保證焊接接頭服役可靠性，基于此，本文提出了一種新型的鎂合金納米顆粒增強活性鎢極氬弧焊（Nanoparticles Strengthening Activing Flux TIG Welding，NSA-TIG）技術。以AZ31鎂合金焊接為例，通過試驗研究、數值模擬及理論分析等方法，探究了納米TiC顆粒對鎂合金NSA-TIG焊接接頭微觀組織及力學性能的影響、NSA-TIG焊接接頭腐蝕行為以及納米顆粒在焊接接頭中

3、分布規(guī)律。同時，采用響應面法與遺傳算法相結合的優(yōu)化方法，對這種新型的NSA-TIG焊接方法進行了工藝參數優(yōu)化。
　　本研究主要內容包括：①探究了不同納米TiC顆粒含量對 AZ31鎂合金焊接接頭顯微組織和力學性能的影響，以及納米顆粒在焊接接頭中的分布規(guī)律。結果表明：納米Ti C顆粒的添加，能顯著細化焊接接頭中α-M g晶粒，在細晶強化和彌散強化（納米Ti C顆粒和β-Mg17Al12顆粒）共同作用下，AZ31鎂合金NSA-TIG焊接

4、接頭的極限拉伸強度隨著復合活性劑中 TiC組分的增加而增加。當涂覆層組成為60％的 TiC和40%的Ti O2時，焊接接頭極限拉伸強度最優(yōu)。采用多相流模型模擬試驗發(fā)現，納米Ti C顆粒主要分布于熔池的中部和底部，并通過顯微硬度試驗及EDS分析對模擬試驗進行了驗證。②通過電化學試驗、顯微表征等方法，研究了AZ鎂合金NSA-TIG焊接接頭在NaCl溶液中的腐蝕特征。結果表明：晶粒細化作用導致了AZ31鎂合金TIG/NSA-TIG焊接接頭熔合

5、區(qū)在NaCl溶液中腐蝕電位變化不大，腐蝕電流密度由TIG焊接接頭的7.734×10-4 A·cm-2下降至NSA-TIG焊7.120×10-5A·cm-2。其次，鋁含量較高的 AZ91鎂合金焊縫中連續(xù)β-Mg17Al12分布對焊縫耐蝕性起到了決定性作用。例如AZ91鎂合金TIG/NSA-TIG焊接接頭腐蝕電流由TIG焊縫8.128×10-5 A·cm-2下降為NSA-TIG焊縫3.374×10-6 A·cm-2。同時，納米TiC顆粒含量

6、變化對接頭腐蝕行為有影響。當涂覆量為15 mg/cm2時，焊縫表面的極化電位最低（-1.564V），腐蝕電流最小（4.163×10-5 A·cm-2），此時耐腐蝕性能最好。當活性劑含量上升至20 mg/cm2時，腐蝕電位并未明顯增加，但是腐蝕電流顯著躍升了一個數量級，耐腐蝕新能最差。③通過響應面代理模型與遺傳算法相結合的優(yōu)化方法，對對NSA-TIG焊接過程中的焊接速度、焊接電流、活性劑涂敷量以及保護氣體流量等工藝參數進行了優(yōu)化。得到最優(yōu)

7、工藝參數組合為：焊接速度273.6mm/min、焊接電流115.4A、復合活性劑含量14.5mg/cm2、保護氣體流量12.3L/min。以該優(yōu)化參數組合進行物理試驗，得出焊接接頭平均拉伸強度為189.2MPa(母材的92.3%)，接頭深寬比為0.63，焊縫平均硬度為96.2HV，優(yōu)于1-9號試樣的最優(yōu)值(平均拉伸強度181.3MPa，接頭深寬比0.62，焊縫平均硬度95.3HV)。改善了AZ31鎂合金NSA-TIG焊接質量可靠性，為其