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镁时代
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镁合金电子束焊接头性能及微观组织分析

 

    镁合金重量轻,有较高的比强度和比弹性模量,良好的降噪声和减振性能,可回收利用,符合环保要求,并且切削加工性能极好,被认为是21世纪最具开发和应用潜力的“绿色材料”。轻质高韧、高强镁合金材料在汽车、飞机制造等领域中的大规模使用,必然基于对镁合金性能、潜在应用能力和生产可能性的广泛研究基础之上。镁合金的连接问题是镁基新材料应用的关键技术之一。目前,关于镁合金连接方面的报道主要集中在电子束焊接、搅拌摩擦焊、激光焊接、钨极氩弧焊、惯性摩擦焊及扩散焊等。本文研究利用电子束焊接MB2镁合金,以确定电子束焊接过程中的主要参数对接头形貌的影响规律,并对电子束焊接镁合金的接头力学性能及显微组织进行了分析。

  实验材料为MB2镁合金板材,电子束焊在德国Pro-beam公司生产的高压电子束焊机上进行。焊前试件表面用铜刷轻刷以去除表面氧化物、油污和附着物,然后再用丙酮清洗。焊后试件加工成标准试样,在电子万能试验机上进行拉伸试验。用光学显微镜、扫描电镜观察分析焊接接头的显微组织。采用2mm厚的MB2镁合金板材,通过正交试验研究了焊接参数对其焊接接头形貌(熔深、熔宽)的影响规律。

  表1 正交试验因素与水平

 

因素

A

加速电压

/kV

B

电子束流

/mA

C

焊接速度

/(mm·min-1)

D

焦点位置

/A

E

扫描函

数形状

F

扫描频率

/Hz

水平

1

80

2.2

600

-80

500

2

100

2.5

700

0

直线

1000

3

120

2.8

800

80

无穷

2000

 

  通过正交试验分析得到电子束焊接镁合金时,焊接参数中对焊缝深宽比影响最大的是焦点位置,其次是扫描图形与扫描频率。建议焊接镁合金时采用扫描图形为圆形,采用散焦焊接,搅拌频率要大于2000Hz,电子束流和焊接速度可根据板厚需要的热输入量选择最佳匹配值。利用电子束焊接MB2镁合金可以得到优良的焊接接头,无损检测无气孔及裂纹。镁合金电子束焊接接头热影响区组织较母材有所长大,但其范围非常的窄,焊缝内部为细小均匀的等轴晶组织,即使在散热速度最快,温度梯度最大的熔合线附近也未发现柱状晶组织。MB2镁合金电子束焊接接头力学性能优良,抗拉强度达到235MPa,是母材强度的92%,规定屈服强度Rp0.2亦达到母材的68%,因此利用电子束可以很好的实现MB2镁合金的连接。

                    
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