AZ31B镁合金电阻点焊工艺及接头质量的研究

论文摘要

基于镁合金作为一种新型高性能结构材料在航空航天、汽车工业、轻工家电等领域中的广泛应用为背景，本文针对2mm厚的AZ31B镁合金进行了电阻点焊的分析和研究。优化了点焊焊接工艺参数，分析了点焊接头的微观组织、拉剪性能及断裂特征，并对影响点焊接头质量的几种常见缺陷的成因及改善措施进行了研究。实验结果表明：电极压力对熔核尺寸和接头拉剪力的影响最大，其次为焊接电流，焊接时间影响最小。相同焊接条件下，焊接电流在30～37KA范围内，电极位移和焊件变形量的大小随着焊接电流的增大先逐渐增大后缓慢地减小；电极压力3.5～6.0KN范围内，电极位移随着电极压力的增大逐渐减小，而焊件变形量迅速增大后趋于平缓；焊接时间在1～7周波范围内，电极位移和焊件变形量都随着焊件时间的增大而增大后趋于平缓。焊接飞溅随着焊接电流，焊接时间的增大而增大，随着电极压力的增大而减小，其中焊接电流和电极压力对焊接飞溅的影响程度最大。通过正交试验优化后的最佳焊接规范参数为：电极压力4.3KN，焊接电流34.5KA，焊接时间4周波，在该规范参数下，接头熔核直径超过10mm，拉剪力近7KN。金相、XRD、显微硬度和SEM分析表明，点焊接头熔核主要由等轴晶和柱状晶组成，且主要组成相为α-Mg固溶体和Mg17Al12共晶物。点焊接头可细分为母材区、热影响区、承力致密区和疏松区四大区域，其平均硬度大小为63.4HV，60.6HV，71.4HV，67.3HV。点焊接头中易出现不均匀的应力应变和低熔点的共晶物，热脆性区间大，易在结晶固-液阶段出现裂纹。胡须组织由不均匀的塑性变形，渗透变形和熔核不平衡结晶共同作用产生，其本身在化学成分和显微硬度上都存在差异，表现为富铝富锌，且胡须组织从根部到顶部，铝锌含量逐渐增多，硬度逐渐增大，且靠近顶部区域的硬度增大明显，可高达100HV以上。接头拉剪断裂呈现出拉剪撕裂和整核断裂两种形式。熔核直径小于8mm多为整核断裂形式，熔核直径大于11mm多为拉剪撕裂形式，介于两直径大小间的熔核，两种断裂形式都有可能出现。断口分析表明，点焊接头断口呈现出韧性-脆性混合型断裂特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 镁及镁合金的基本性质及优点
• 1.3 镁合金的发展及应用前景
• 1.3.1 镁合金在航空航天中的发展及应用
• 1.3.2 镁合金在汽车中的发展及应用
• 1.3.3 镁合金在电子器材中的发展及应用
• 1.4 镁合金的焊接及其研究现状
• 1.4.1 镁合金焊接特点
• 1.4.2 镁合金电阻点焊特点及研究现状
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 试验条件与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 第3章 焊接规范参数的优化及最佳规范参数的确定
• 3.1 研究的前提及理论基础
• 3.2 试验结果
• 3.3 数据分析
• 3.3.1 三因素对点焊接头熔核直径的影响
• 3.3.2 三因素对点焊接头拉剪力的影响
• 3.4 焊接规范参数的验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 焊接接头组织分析
• 4.1 焊接接头截面宏观形貌分析
• 4.2 焊接接头的微观组织分析
• 4.3 焊接接头的物相分析
• 4.4 焊接接头硬度的测试分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 接头拉剪性能及断裂特征分析
• 5.1 拉剪性能分析
• 5.1.1 拉剪载荷-位移曲线的分析
• 5.1.2 拉剪强度与熔核直径的关系
• 5.2 断裂特征分析
• 5.2.1 拉剪断裂宏观特征分析
• 5.2.2 拉剪断裂断口SEM分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 焊接中常见缺陷的研究
• 6.1 焊接飞溅
• 6.1.1 焊接飞溅形式
• 6.1.2 表面状态对飞溅的影响
• 6.1.3 焊接规范参数对飞溅的影响
• 6.1.4 其他方式对飞溅的影响
• 6.2 焊接变形
• 6.2.1 焊接电流与电极位移及变形之间的关系
• 6.2.2 电极压力与电极位移及变形之间的关系
• 6.2.3 焊接时间与电极位移及变形之间的关系
• 6.3 焊接裂纹
• 6.3.1 焊接裂纹特征
• 6.3.2 焊接裂纹成因分析
• 6.4 胡须组织
• 6.4.1 胡须组织形态
• 6.4.2 胡须组织化学成分分析
• 6.4.3 胡须组织成因的分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录