磁场辅助镁_铝异种金属CMT焊接工艺及组织性能研究.pdf

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1、硕士学位论文磁场辅助镁/铝异种金属CMT焊接工艺及组织性能研究RESEARCHONPROCESSANDSTRUCTUREOFMAGNETICFIELDASSISTEDMG/ALDISSIMILARALLOYSCMTWELDING李邦鹏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG409学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文磁场辅助镁/铝异种金属CMT焊接工艺及组织性能研究硕士研究生：李邦鹏导师：孙清洁副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月

2、授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG409U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDSTRUCTUREOFMAGNETICFIELDASSISTEDMG/ALDISSIMILARALLOYSCMTWELDINGCandidate：LIBangpengSupervisor：AssociateProf.SunQingjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngin

3、eeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要镁合金和铝合金是应用广泛的轻质金属，性能优异，而镁铝的复合件能够结合两者优势，形成优势互补，提高两种金属的应用性。但是镁/铝异种金属焊接过程中容易生成脆性金属间化合物，出现气孔、变形和裂纹等焊接缺陷，因此传统的熔焊方

4、法难以获得性能良好的焊接接头。冷金属过渡技术是一种具有低热输入和稳定焊接过程的焊接新方法，能有效控制镁/铝焊接过程中焊接缺陷，而纵向磁场对焊接过程中电弧、熔滴过渡以及熔池具有调控作用，能够改善传统电弧焊在镁/铝焊接方面的劣势，本文引入纵向磁场对镁/铝异种金属CMT焊接过程进行调控。首先对磁场发生装置的磁极结构进行设计。采用ANSYS有限元分析的方法，对不同磁极高度，磁极内径和磁极形状下的焊接区域磁场分布进行模拟仿真和有限元计算，分析这些因素对磁场分布的影响规律，为选择合适的磁极结构提供科学、合理的理论依据。分析结果表明，高度较低

5、，内径较小的磁极结构在焊接区域产生的磁场强度更大，而平台状的磁极在焊接区域的磁场分布轴向性更好。采用纵向磁场辅助CMT焊接方法对2mm厚的AZ31B镁合金和6061铝合金实施搭接焊接，研究了焊丝种类和工艺参数对接头焊缝成形的影响。结果表明，ER4043焊丝在镁合金上的润湿铺展性比ER5356焊丝更好；而纵向磁场能够改善焊缝金属的润湿铺展性，减少焊缝气孔数量，增加接头有效连接面积，降低镁合金熔化量。接着研究了镁/铝连接接头的力学性能和断裂机制。纵向磁场作用下，焊接接头的拉伸载荷整体得到提高，接头载荷最高达到1411N。断裂位置主要

6、发生在镁侧界面化合物处，典型的脆性断裂，焊接电流过大的情况下，会因为气孔和化合物增多的原因断裂在铝合金侧。研究了纵向磁场对镁/铝异种金属的界面微观组织的影响。焊接接头在镁铝界面处生成了厚度较大的连续化合物层，而纵向磁场能够抑制化合物的生长，化合物层的厚度随着励磁电流增大逐渐减小，界面处Mg2Si相的分布在纵向磁场作用下范围更广，颗粒也得到细化。最后结合外加纵向磁场对焊接电弧、熔滴过渡及熔池的影响，提出了纵向磁场辅助镁/铝CMT焊接接头连接机理，纵向磁场主要通过影响界面温度和熔池流动，从而影响接头界面微观组织结构。关键词：镁/铝异

7、种金属；磁极设计；纵向磁场；焊缝成形；微观组织；力学性能；-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractMagnesiumalloyandaluminumalloyareexcellentperformanceandlightweightmetalwidelyusednowadays.Theconnectorofmagnesiumandaluminumcompositecancombinetheadvantagesofboth.Itcanformcomplementaryadvantages,improvetheappli

8、cabilityofthetwometals.However,brittleinter-metalliccompoundusuallyeasilygeneratedinthemagnesium/aluminumalloyweldingprocess,anddef