【摘 要】
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Mg合金由于密度低、比强度高等优点而广泛应用在汽车工业、航空航天等领域。激光焊接是一种高效的焊接方法,如果能够实现Mg/Fe复合构件的激光焊接,将有利于实现轻量化而具有广
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Mg合金由于密度低、比强度高等优点而广泛应用在汽车工业、航空航天等领域。激光焊接是一种高效的焊接方法,如果能够实现Mg/Fe复合构件的激光焊接,将有利于实现轻量化而具有广阔的应用前景。但Mg/Fe之间既不互溶也不反应,通过加入Al元素实现Mg/Fe接头可靠连接,是本课题研究的重点。本文采用纯Al作为中间层,采用叠焊方式,对Mg/Fe焊接特性进行了研究。分析了Mg/Fe相对位置、Al箔几何尺寸、焊接工艺参数等对焊缝成形的影响,并进行了力学性能测试,获得的最佳焊接工艺规范为:Mg板置于上面,Fe板置于下面;Al箔宽度为2mm,厚度为0.2mm;激光功率P=700W,焊接速度V=0.3m/min;此时抗剪载荷可达1.3kN/cm,是未添加Al箔时的2.6倍,平均剪切强度达到镁合金母材的105%。随着预置Al箔厚度增加,接头抗剪载荷先增大后减小,Mg/Fe接头依次出现三种断裂方式,即断裂于搭接平面的Mg焊缝处、熔合线附近的Mg焊缝处以及Mg/Fe界面处。抗剪性能高低取决于Mg焊缝组织。随着Al的加入Mg焊缝中出现了较多的片状Mg-Al相,同时弥散的Al-Mn相也增多。第二相对焊缝起到强化作用,抗剪性能提高。焊缝中Al元素过多时,Mg-Al相成网状分布,接头出现脆断。探讨了Al的加入对界面反应的影响,发现Al箔的加入促进了界面反应从而“缝合”了裂纹。Al元素添加量较少时,界面处会发现明显的Al元素偏聚现象,Al原子会进入Fe的晶体结构中,界面处通过纳米级的Al-Fe固溶体反应层实现结合;当Al添加量较多时,焊缝中的Al会与Fe发生反应,在界面生成Al-Fe金属间化合物。反应层厚度增加到一定程度时,部分区域出现微裂纹。
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