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摘 要

铝合金和镁合金都是活性金属，焊接过程中容易产生较多的问题，中外学者对镁/铝异种金属的焊接做了很多的研究。发现研究的主要问题就是通过不同的工艺，来限制两种金属在焊接过程中所产生的金属间化合物的数量和分布。本文采用激光焊接技术对Al/Mg异种金属进行焊接实验，并且将通过改变激光焊接的焊接参数，研究焊接接头的接头组织与力学性能，得出以下结论：

（1）激光焊接的过程中，焊接功率太大的时候，会让气孔缺陷变得严重；但是如果焊接功率偏小的时候，则会出现裂纹等缺陷。当增大焊接速度的时候，会让焊缝变细，这对焊缝的形成不好。

（2）添加了复合中间层后，在不同的焊接工艺参数条件下，镁/铝异种金属激光焊接接头宏观形貌变化比较明显，这是由于焊接过程中所选用的焊接速度和激光功率，当激光功率保持在1.2-1.5KW的时候，有利于形成好的焊缝。

（3）未添加中间层时，焊缝通常会出现裂纹，甚至断裂，接头成形较差，添加了铜和锡的复合中间层后，这种现象明显变得很少，说明镁/铝异种金属激光焊接过程中，很大程度上抑制了脆性金属间化合物的生成，使得焊接结束获得的焊接接头较好。

（4）显微硬度试验表明，添加了中间层后的异种金属激光焊接，其综合性能相较未添加中间层时有明显的改善和提高，焊缝区域由于生成了致密的金属间化合物，其显微硬度大大提高，结构更加稳定。在显微硬度曲线图中，可以发现，镁侧焊缝区的硬度曲线较为平缓，这表明镁侧焊缝区的成分较为均匀，而铝侧焊缝区的硬度曲线起伏波动偏大，这表明铝侧焊缝区组织成分差异较大。

关键词：Al/Mg 激光焊接 金属间化合物 中间层 焊接工艺参数

Study on micro-structure and mechanical properties of Al/Mg laser welding joints with different metals

ABSTRACT

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Aluminum alloys and magnesium alloys are all active metals, and many problems occur during the welding process. Chinese and foreign scholars have done a lot of research on magnesium/aluminum dissimilar metal welding. The main problem found in the study was to limit the amount and distribution of inter-metallic compounds produced by the two metals during the welding process through different processes. This paper adopts laser welding technology to perform welding experiments on Al/Mg dissimilar metals, and will study the joint microstructure and mechanical properties of welded joints by changing the welding parameters of laser welding, and draws the following conclusions:

(1)In the laser welding process, when the welding power is too large, the porosity defects become serious; however, if the welding power is small, defects such as cracks occur. When the welding speed is increased, the weld will be thinned, which is not good for the formation of the weld.

(2) Added after the compound layer, under the condition of different welding process parameters, magnesium/aluminum dissimilar metal laser welding joints are the obvious macro morphology change, this is due to the chosen in the process of welding welding speed and laser power, when the laser power in a 1.2 to 1.5 KW, is conducive to form good weld.

(3) When the intermediate layer is not added, the weld seam usually cracks or even breaks. The joint is poorly formed. After adding a composite intermediate layer of copper and tin, this phenomenon is obviously less, indicating that the magnesium/aluminum dissimilar metal laser welding process In addition, the formation of brittle inter-metallic compounds is largely suppressed, making the welded joints obtained at the end of the welding better.

(4) The micro-hardness test showed that after added the middle tier of dissimilar metal laser welding, its comprehensive performance than added layer had significant improvement and improve, not weld area because of the compact generated the inter-metallic compound, the micro-hardness is greatly improved, the structure is more stable. Can be found in micro-hardness graph, magnesium, the hardness curve is relatively flat of side seam area, indicating that magnesium side weld area composition is relatively uniform, and hardness curve of rolling aluminum side weld area slants big, this shows that the aluminum side seam organization composition differences.

Key words: Al/Mg; Laser welding; Inter-metallic compound; Intermediate layer, welding process parameters

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题研究的意义与背景 1

1.2激光焊接的原理 1

1.3激光焊接的优点 2

1.4激光焊接的发展过程和重要应用 2

1.5铝/镁异种材料激光焊接的问题 3

1.6铝/镁焊接工艺国内外研究现状及分析 4

1.7添加铜锡复合中间层的作用 6

1.8本课题的研究内容 6

第二章 实验材料、设备和方法 8

2.1实验材料 8

2.2激光焊接试验 8

2.3焊缝组织分析实验 10

2.4 显微硬度试验 11

第三章 镁/铝异种金属激光焊接和焊缝成形 12

3.1未添加中间层焊缝表面形貌分析 12

3.1.1焊缝表面形貌 12

3.1.2焊接接头成形特征分析 12

3.2添加中间层焊缝表面形貌分析 13

3.2.1焊缝表面形貌 13

3.2.2焊缝截面宏观形貌 13

3.3本章小结 14

第四章 镁/铝激光焊接接头微观组织及显微硬度分析 15

4.1添加铜锡复合中间层的接头微观组织 15

4.2铝/镁焊接经济性分析 21

4.3接头显微硬度分析 22

4.2本章小结 22

第五章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1课题研究的意义与背景

异种金属的材料焊接是从20世纪70年代的时候出现的,既能够解决构件而且还能达到多方面性能的要求。镁合金的密度很小，能够减震，耐腐蚀性能比较好。铝合金是所有以铝为主的合金的总称，它的密度也很小，但是强度，塑性也较好，具有优良的性能，应用范围非常广。因为镁和铝的物理性质有差异，例如它们的相互溶解度小、熔点低、线膨胀系数较大而且不一致，这样会使得镁、铝异种金属焊接的时候，出现气孔的可能性更大，严重时会产生裂纹，会让Al/Mg异种金属在焊接的过程中，出现难以解决的事情。与其他焊接方法相比的情况下，激光焊具有热源密集程度比较集中，焊缝的深度比和宽度比都较为大，热影响区的范围比较小，比较容易控制等特点，而且相对电子束焊，激光焊接的时候所需的气压较为低，不需要在真空环境的情况下进行焊接，镁/铝异种金属焊接的时候常常会选用激光焊接。

本文将要进行的研究内容包括采用激光焊接技术对Al/Mg异种金属进行焊接实验；分析Al/Mg异种金属激光焊接技术的特点，焊接参数的选择以及焊缝成形的特征；分析Al/Mg异种金属接头焊接冶金问题，以及它的力学性能，主要是研究分析Al/Mg异种金属接头的微观组织和它的特征；学会如何制作焊接接头金相及其相关的步骤，熟悉如何从那些方面对所用材料进行分析，以及对断口分析等。根据所得实验数据提出Al/Mg异种金属激光焊接的工艺改进措施，并通过实验加以验证。

1.2激光焊接的原理

21世纪以来，激光焊接本质上隶属于熔化焊打的一种，激光束是它的焊接热源，它的焊接机理是凭借某些特定的活性物质，使其在简谐腔内来产生振动，让这些活性物质转变成为受辐射光束，当光束与工件彼此触及的时候，它的能量被工件所吸收，当温度达到材料熔化温度时才能够进行焊接实验。

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