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近年来,在工业发展中对环境保护以及节约能源方面提出了严格要求,这使得材料轻量化技术成为新型工业生产中的必经之路。镁合金因其轻质高强的优异性能成为材料轻量化技术中优选材料。但是镁和传统的黑色金属材料钢的连接制约着镁合金材料的广泛应用。 本文利用冷金属过渡技术(CMT)对镁和钢异种金属的连接机理进行了研究。 首先,采用钢焊丝(H08Mn2SiA)、镍铝青铜焊丝(ERCuNiAl)、镁合金焊丝(AZ61)作为填充金属点焊3mm厚镁合金与1mm厚的镀锌钢板。实验结果表明,因Mg和Fe之间既不固溶且又不产生金属间化合物,故钢焊丝无法实现镁/镀锌钢板的有效连接。当镍铝青铜焊丝点焊镁/镀锌钢板时,因焊缝金属易与镁母材在熔合区生成大量Mg-Al-Cu的脆性金属间化合物,这严重降低了接头的力学性能。当镁合金焊丝点焊镁/镀锌钢板时,Zn作为连接Mg/Fe的中间过渡元素,可得到力学性能较好的焊接接头,其最大抗拉载荷可达同一工艺参数下Mg-Mg接头的100%。 其次,采用AZ61镁合金焊丝作为填充材料分别搭接焊各1mm厚的镁/镀锌钢和镁/裸钢,均可得到焊缝成形良好的搭接接头。实验结果表明,镀锌层有利于焊缝金属在钢板上的铺展润湿但对搭接接头的力学性能不利。因镁/镀锌钢搭接接头的钎焊界面主要有两个反应层:(?-Mg+MgZn)共晶相反应层和Fe/Al相反应层组成,而这两相之间既不固溶且晶格错配度大导致其结合性不好,在拉剪试验中易在Mg/Zn共晶相反应层和Fe/Al相反应层之间开裂。且镁/镀锌钢焊接接头的焊趾和焊跟处有多种Mg/Zn金属间化合物(如MgZn、MgZn2、Zn+Mg2Zn11等)所组成的富锌区形成(大约150~250?m厚),该处的富锌区旁的焊缝处易产生热裂纹使其在拉剪试验中成为接头的薄弱部位。镁/镀锌钢搭接接头的最大抗拉载荷可以达到5.92kN。镁/裸钢搭接接头钎焊界面主要利用焊丝中微量Al元素通过扩散反应机制生成Fe/Al相反应层,这使得镁/裸钢板搭接接头的钎焊界面处即实现了冶金结合且还不生成脆性相,从而提高了搭接接头的力学性能,搭接接头的最大抗拉载荷可以达到6.53kN。 最后,采用AZ61镁合金焊丝作为填充材料可实现3mm的镁板(AZ31B)和钢板(Q235)的对接焊,能得到成形较美观的焊缝。实验结果表明,镁/钢对接接头容易断裂在钎焊界面处,钢板开60度坡口较30度坡口的坡口面积增加,故焊接接头的力学性能随着坡面钎焊面积的增加而增加,焊接接头的最大抗拉载荷可以达到4.02kN。