AZ91D镁合金钨极氩弧焊接头组织性能分析

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航空工业的减重要求吸引了越来越多的研究者探究如何在某些结构和机械件上利用镁合金替代铝合金。作为一种结构材料,镁合金具有重量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、高的导热和导电性能、无磁性、阻尼性和屏蔽性好等特点。主要用于飞机舱门、蒙皮、壁板、长桁、支座、壁板等宇航结构件的制造。镁合金应用的持续增长对焊接技术提出了更高的要求,钨极氩弧焊、激光焊、搅拌摩擦焊以及激光诱导下的自冲铆接方法等是镁合金连接方法中的重要探讨。相对于镁合金众多的焊接方法,钨极氩弧焊作为一种传统的方法具有简单、实用等特点,仍然得到广泛的应用。本文利用钨极氩弧焊方法,在无填充材料和不开坡口条件下对3.4mm厚度的AZ91D镁合金进行焊接,对其焊接接头的微观组织和显微硬度分布进行了分析。

实验用AZ91D镁合金的化学成分(质量分数,%)为：9.1Al,1.0Zn,0.45Mn,Si≤0.1,Cu≤0.3,Ni≤0.002,0.005Fe，余量为Mg。使用型号为MASTER TIG AC/DC 2500的焊机,在不加任何填充材料、不开坡口的条件下对3.4mm厚度的AZ91D镁合金进行单面TIG焊接；钨棒枪尖直径0.5~2mm,枪尖伸长度3~8mm；优化后的焊接工艺为：焊接电流152A,弧焊电压13.4V,焊接速度6.5mm/s；氩气保护,流量为20L/min。

利用钨极氩弧焊接,在不加填充材料和不开坡口的条件下,可以获得AZ91D镁合金焊接接头。焊缝组织主要由黑色基体相α-Mg、白色块体(α+Mg17Al12)共晶体和灰色块体组成,在检测的各种元素中,元素Zn、Al在白色块体中聚集较多,而Mn则存在于周围的微区基体中,元素扩散实现了接头的冶金结合。焊缝显微硬度大于母材硬度,焊缝区的平均硬度达到64.5HV0.2,母材的硬度为56.3HV0.2。

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