【摘 要】
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镁合金作为一种轻质合金材料,以其密度小、热成形好、电磁屏蔽性能良好、铸造性能好以及回收利用方便等特点,被广泛应用在汽车、航空航天以及3C等行业中。WE43镁合金是目前应用最广泛的镁合金之一,属于稀土镁合金的一种,它的主要稀土元素是Y、Nd、Gd、Zr,在常温下的抗拉强度可以达到272MPa,应用温度可以达到240℃,拥有良好的强度和极低的密度,已经成为重要的工程应用材料。目前针对镁合金的焊接方法众
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镁合金作为一种轻质合金材料,以其密度小、热成形好、电磁屏蔽性能良好、铸造性能好以及回收利用方便等特点,被广泛应用在汽车、航空航天以及3C等行业中。WE43镁合金是目前应用最广泛的镁合金之一,属于稀土镁合金的一种,它的主要稀土元素是Y、Nd、Gd、Zr,在常温下的抗拉强度可以达到272MPa,应用温度可以达到240℃,拥有良好的强度和极低的密度,已经成为重要的工程应用材料。目前针对镁合金的焊接方法众多,本文选择使用真空电子束焊接方法进行镁合金的焊接操作。真空电子束焊接的能量密度极高,热源输入集中,且在高度真空的环境中操作,可以克服空气中的气体与材料进行化合生成夹杂物等问题。本文为探究真空电子束焊接技术对WE43稀土镁合金微观组织和性能的影响,使用有限元模拟仿真的方法,对厚度为4mm的WE43稀土镁合金进行真空电子束焊接温度场的数值模拟,寻找WE43稀土镁合金电子束焊接的最优工艺参数;再通过扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及电化学工作站等设备,对比分析WE43稀土镁合金基材和电子束焊接接头的组织以及性能,探究真空电子束焊接技术对WE43稀土镁合金微观组织和性能的影响,为电子束焊接技术在镁合金的实际应用中提供一定的理论依据。实验结果发现:（1）使用SYSWELD软件,绘制WE43镁合金真空电子束焊接模型,建立双椭球热源加上椎体高斯热源的组合热源模型,对WE43镁合金真空电子束焊接过程进行数值模拟,分析温度场云图;然后优化焊接速度,得出焊接速度为10mm/s时,板材被焊透,且焊接效率最高;并进行试验验证,试验的接头形貌和熔池模拟结果基本一致,说明真空电子束焊接模拟热源选择的合理性以及焊接速度优化的可行性。（2）采用优化后的真空电子束焊接工艺参数对WE43镁合金进行电子束焊接,WE43镁合金板材被完全焊透,并且焊缝表面无变形,成形良好。焊缝截面为典型的上宽下窄楔形状,熔深为3.95mm,上表面熔宽为1.81mm,深宽比为2.18。（3）WE43镁合金经过真空电子束焊接处理后,焊缝中心晶粒尺寸明显细化;在电子束焊接过程中,焊接金属熔化并达到沸点,焊缝中Mg元素含量百分比的降低导致了Y、Zr、Nd和Gd元素的百分比含量的相对增加;WE43稀土镁合金基材和焊缝都存在α-Mg基体和β-Mg24Y5第二相,α-Mg是主要相,其衍射峰的峰值强度高于β-Mg24Y5第二相的峰值强度。（4）WE43镁合金经过真空电子束焊接处理后,接头的抗拉强度为237MPa,略高于基材;屈服强度为94MPa,与基材等强匹配;延伸率为11.8%,略高于基材。焊缝较基材而言,其抗拉强度和屈服强度均有略微上升的趋势,且延伸率也略有提高。焊缝断口的断裂形貌中有撕裂棱和较多凹窝,表明断裂模式为韧性和脆性混合断裂。WE43镁合金经电子束焊接后获得的焊缝的平均显微硬度比基材区域高27%左右,并且靠近焊缝中心线附近的显微硬度最高。（5）WE43镁合金经过真空电子束焊接处理后,基材和电子束焊接接头的磨损都是以磨粒磨损为主,且伴有一定的剥落磨损。焊接接头的平均摩擦系数（0.065）小于基材的平均摩擦系数（0.081）,说明焊接接头组织的耐磨性有所提高,摩擦性能改善。通过对WE43镁合金基材和电子束焊接接头的自腐蚀电位图、交流阻抗谱、极化曲线以及腐蚀形貌进行比较,均显示出焊缝处的耐腐蚀性较基材的耐腐蚀性有所上升。这些研究不仅为理解真空电子束焊接技术对WE43镁合金微观结构和力学性能的影响提供了一定的理论基础,而且为WE43镁合金产品的开发、制造等实际应用中提供了有价值的信息。图[55]表[13]参[96]
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