随着能源危机和环境污染问题的不断加剧,汽车工业正面临着越来越严峻的挑战。研究结果证明,汽车质量每减轻10%,油耗下降6%~8%,排放量下降4%。因此,汽车轻量化是节约能源、降低排放、减少污染、提高燃油效率的有效技术途径。超高强钢、镁合金是重要的轻量化材料,增加超高强钢、镁合金的使用量是实现汽车轻量化的有效方法。但是,由于钢和镁的化学成分、物理性质等存在显著的差异,导致钢/镁异种金属的焊接性极差,严重恶化接头的力学性能。这已成为制约汽车轻量化技术发展的关键科学技术问题之一。因此,本文的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文主要研究了SYG960E超高强钢/AZ31B镁合金MIG焊接头的微观组织特点及力学行为;焊接工艺参数和合金元素对钢/镁MIG焊接头微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明:采用AZ31焊丝获得的钢/镁MIG焊接头具有熔-钎焊特征,接头主要包括焊缝区、界面区和熔合区。焊缝区主要由α-Mg和α-Mg+β-Mg17Al12共晶组成。界面区具有明显的双层结构特征:在靠近钢母材为AlFe3层;在靠近镁焊缝为Mg(Fe,Al)O4+Mg3.1Al0.9层,并探讨了界面层的生长机制。熔合区部分α-Mg晶粒粗化。钢/镁MIG焊接头的显微硬度分布是不均匀的,最低显微硬度出现在熔合区,因为此处部分α-Mg晶粒粗化。界面区的显微硬度最高(440.0HV),主要归因于存在脆硬的金属间化合物和金属氧化物。在拉伸应力作用下,接头断裂主要发生在界面区,因此,界面区是超高强钢/镁合金MIG焊接头最薄弱的区域。焊接工艺因素对超高强钢/镁合金MIG焊接头微观组织及力学性能具有明显影响。选择合适的坡口角度和焊丝位置有利于改善钢/镁MIG焊的焊缝成形。随着焊接电流增大,焊缝区α-Mg晶粒明显粗化,界面层厚度增加、未连接缺陷减少、裂纹敏感性增大;随着焊接速度增加,焊缝区α-Mg晶粒明显细化,界面层厚度减小、局部未连接缺陷增多。焊接电流和焊接速度对钢/镁MIG焊接头力学性能的影响主要与焊接线能量和界面区组织结构的变化有关。焊接线能量为1987-2100J/cm时,可明显地提高超高强钢/镁合金MIG焊接头的抗拉强度(171.0MPa-174.0MPa)。合金元素对超高强钢/镁合金MIG焊接头微观组织及力学性能具有明显影响。采用AZ61焊丝使镁合金焊缝Al含量增加(6.24%),有利于改善液态镁合金的润湿性、铺展性,促进Al的扩散和界面反应,减小界面区的未连接缺陷,提高接头的力学性能,接头抗拉强度增至201.0MPa,达到AZ31B镁合金母材强度的83.8%。因此,适当增加Al含量有利于提高超高强钢/镁合金MIG焊接头的力学性能。添加Zn的钢/镁MIG焊接头强度明显降低,主要与界面区MgZn2金属间化合物增多有关。由于Cu降低镁合金的熔化温度,促进液态焊缝金属的润湿、铺展和界面反应,减少未连接缺陷,因此明显提高钢/镁接头的力学性能,加100μm厚Cu中间层的接头抗拉强度(194.8MPa)达到AZ31B镁合金母材强度的81.2%。因此,添加适量的Cu有利于提高超高强钢/镁合金MIG焊接头的力学性能。