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镁合金和铝合金异种金属之间的焊接自从二十世纪七十年代被前苏联学者提出以来,引起了很多学者的关注。尤其是近二十年来,随着镁合金的推广应用,镁合金和铝合金的交叉应用越来越多,因此镁合金和铝合金异种金属焊接的研究步伐也逐渐加快。实现这两种材料的连接不仅能利用这两种金属各自的优点,还能进一步减轻构件重量。但是镁／铝之间焊接极易产生金属间化合物(Intermetallic compounds,简称IMC),例如Al3Mg2、Al12Mg17等。这些金属间化合物具有室温脆性,且在焊缝中呈层状分布,导致镁/铝异种金属接头的力学性能很低。因此要提高焊接接头的力学性能,最重要的是改善Mg-Al金属间化合物的分布状态或者减少金属间化合物的生成。目前的研究多集中在改善焊接工艺来达到减少Mg-Al金属间化合物生成的目的。同时,由于焊缝的力学性能很差,热熔焊和固相焊焊接方式多为搭接,以期通过增大界面接触面积来弥补焊缝性能的不足,而热熔对接焊的研究较少。特别是镁／铝异种金属焊接专用焊丝的开发和研究几乎空白。本文基于合金化的思想,研究了镁／铝异种金属钨极氩弧对接焊。通过添加不同金属以及合金到镁／铝异种金属焊缝中,使镁／铝之间形成一个多元的合金化焊缝。通过计算和设计填充金属的成分,能精确控制镁／铝异种金属焊缝力学性能薄弱区中的成分,从而达到调控焊缝中金属间化合物的含量以及分布状态的目的。在此基础上研究了变质剂对镁／铝异种金属焊缝微观组织、力学性能的影响规律。开发出了适用于镁／铝异种金属焊接的填充金属。并研究了使用不同填充金属时,焊缝中形成的金属间化合物与母材以及焊缝中固溶体的匹配度对接头抗拉强度的影响规律。同时讨论了焊缝中金属间化合物的含量对接头抗拉强度的影响。最后阐明了焊缝晶粒的大小对接头抗拉强度的影响规律。主要研究内容摘要如下：(1)使用纯Zn作为填充金属,采用钨极氩弧焊来焊接AZ31B镁合金和6061铝合金。结果显示,焊缝主要由MgZn2、Zn基固溶体和A1基固溶体组成,焊缝中没有发现Mg-Al金属间化合物的生成；焊缝中的MgZn2硬度比较高且呈颗粒状分布,这些化合物颗粒被塑性比较好的Zn基固溶体和A]基固溶体混合物包围着,在接头拉伸受力时,这止匕Zn、Al混合固溶体能消除由硬的MgZn2聚集产生的应力集中并能阻碍裂纹扩展。然.而,靠近镁合金母材的焊缝中含有的MgZn2化合物颗粒比较多,此部位成为了接头的力学性能薄弱区,断裂在此发生。使用Zn作为填充金属接头的最高抗拉强度达到93 MPa,高于镁／铝直接钨极氩弧焊时的强度。(2)采用适当厚度的A1箔增加了镁合金母材侧焊缝固溶体的含量。通过焊前在镁合金母材侧坡口上预置不同厚度的A1箔能调控镁合金母材附近A1基固溶体的含量。研究表明,焊缝的抗拉强度随着预置Al箔厚度的增加先增大后降低,当预置0.2mm厚度A1箔时,接头最高抗拉强度达到104 MPa。但是预置过厚(超过0.4mm)的Al箔时,靠近镁合金母材的焊缝中容易形成局部富Al区,裂纹也在此部位产生,接头的抗拉强度又显著降低。(3)通过计算和设计填充金属的成分,调控焊缝力学性能薄弱区中金属间化合物的含量以及分布状态。通过计算和设计使用了Zn-xAl合金作为填充金属来焊接AZ31B镁合金和6061铝合金,并用红外热像仪来检测熔池的凝固状态。结果显示：通过计算设计Zn-xAl填充金属的成分,能精确控制镁／铝异种金属焊缝力学性能薄弱区的成分,从而达到调控焊缝中Mg-Al金属间化合物的含量和分布状态的目的。当使用Zn-10Al、 Zn-20Al作为填充金属时,力学性能薄弱区中先析出MgZn2。随着填充金属中A1含量的增加,力学性能薄弱区中金属间化合物的含量逐渐减少。当使用Zn-30Al作为填充金属时,力学性能薄弱区中先析出α-Al,接头的平均抗拉强度显著提高,达到120 MPa。当使用Zn-40Al作为填充金属时,接头中出现了以MgZn2化合物为主的层状过渡带,接头的抗拉强度又显著降低。(4)为了在Zn-30Al基础上进一步提高接头的抗拉强度,研究了变质剂Ce、SiC纳米颗粒以及Ti对焊缝微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,SiC纳米颗粒改变了焊缝的微观组织,使对焊缝有益的共晶组织消失,接头的抗拉强度和使用Zn-30Al相比也显著降低。焊缝的微观组织对Ce含量的变化比较敏感,当Zn-30Al中加入0.05wt.%的Ce时,接头的抗拉强度最高,达到了132 MPa。Ti元素也能显著影响镁／铝异种金属接头的微观组织和力学性能,当Zn-30Al中加入0.5wt.%的Ti时,和使用Zn-30Al作为填充金属相比,焊缝中先析出的a-A1枝晶平均尺寸从35μm被细化到了10μm,焊接接头平均抗拉强度也显著提高,达到了151 MPa。(5)研究了镁／铝异种金属接头抗拉强度提高的机理,建立了不同金属间化合物与母材以及焊缝中固溶体的匹配模型。揭示了匹配度与镁／铝异种金属接头抗拉强度之间的关系。并阐明了使用不同填充金属焊缝中含有的金属间化合物种类不同时,匹配度对焊接接头抗拉强度的影响规律。同时研究了焊缝中含有同一种金属间化合物时,化合物含量对接头抗拉强度的影响规律。最后总结了焊缝晶粒的大小对接头抗拉强度的影响。