基于镀锌钢板的铝镁异种金属CMT焊接试验研究(5)
图1.8焊接接头断口的扫描电镜形貌
1.4.2.2钎焊
大连理工大学谭锦红等人以镁合金(AZ31)和铝合金(6061)接触反应钎焊为研究对象[12]，采用Zn作为钎料能获得较好的接头性能，由于镁和铝的活泼性，采用接触反应钎焊焊接镁合金和铝合金的过程中不可避免地会出现金属间化合物。界面研究结果表明，在适当工艺条件下，锌钎料层的加入通过控制锌层的厚度能控制过渡区域的宽度，接头强度有一定提高。
刘黎明等人采用经济可行的锌基钎料钎焊连接AZ31B镁合金和6061铝合金板，接头剪切强度为45MPa，接头中没有产生镁铝金属间化合物，接头形貌如图1.9。富锌区和贫镁区交界处形成的反应层将镁基体与邻近的钎焊区连接在一起，反应层中只有少量的MgZn2金属间化合物，对接头性能影响不大。铝基体与钎焊区之间是一层很薄的A1Zn固溶体，通过该方法有效避免了镁铝金属间化合物的产生[13] 。
图 1.9 AZ31/6061接头扫描电镜组织图
1.4.2.3激光焊
国外Rattan等人采用激光焊连接1mm厚的AZ31B镁合金和A5052-O铝合金[14]，焊接过程如图1.10所示。激光斜入射加热搭接接头镁铝交界处，根据有限元分析与试验结果，优化工艺参数，使镁铝之间形成了冶金结合的焊接接头。试验发现，激光斜入射可以在获得相同熔宽条件下，减小下板的焊接熔深，从而减小金属间化合物层的厚度，达到提高接头剪切强度的目的，焊缝剪切强度可达48MPa 。
图1.10激光束斜入射焊接镁铝示意图
北京工业大学李慧、钱鸣等人采用激光焊接的方法连接2mm厚的AZ31变形镁合金板和6061T651铝合金板[15]，研究表明，采用中心搭接激光焊接接头易在铝板内的焊缝近缝区和镁、铝板界面的焊缝部位出现凝固裂纹。沿镁合金一侧的熔合带、柱状晶区、焊缝中心方向镁呈现出由高向低的浓度梯度变化，所形成的Al-Mg系金属间化合物类型亦因之不同。文中采用适当的激光加工参数可以得到无裂纹的镁/铝异种金属搭接焊缝。但由于焊缝中存在多种Al-Mg系金属间化合物，焊缝仍有脆化现象，断裂易发生于含有Mg17Al12和Mg2A13等金属间化合物的镁侧焊缝近缝区。
1.4.2.4 TIG焊
Mg及Al的TIG焊过程中受到Mg的热脆性以及Mg与A1不同导热系数的影响，当焊接热输入较高时，接头易产生热裂纹。同时TIG焊过程的弧柱及焊丝水分、被焊部位氧化膜吸水性的影响，易在接头焊缝区产生氢气孔，严重影响Mg/A1异种金属接头的组织性能，而焊接过程中焊接材料的选择也是影响接头组织性能的因素之一[16] 。
大连理工大学王恒等人研究了TIG焊直接焊接镁铝和镀锡焊接镁铝的焊缝熔合区形貌，进行了元素扩散行为的分析及比较[17]。试验材料为厚度1.7mm的AZ31B变形镁合金和6061铝合金，镁与铝之间有明显的界面，镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层，而铝元素向镁母材中的扩散很少，扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mg17Al12和β-A1Mg金属间化合物，造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接，采用熔焊一钎焊连接方法，获得了质量较好的焊接接头，表面形貌如图1.11所示。在镁母材上镀锡，对于铝来说是熔焊(熔化)，对于镁来说是钎焊(不熔化或少量熔化)，中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区，该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用，过渡层比镁铝直接焊接狭窄，并且尚余一些没有扩散的锡层，阻止了镁元素向铝母材中扩散。
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