AZ31镁合金搅拌摩擦焊
ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊
浙江省特种设备检验研究院（杭州市３１００２０）
黑龙江省安装工程公司（哈尔滨市 １５００４０） 俘掳
朱晓智
李学军
摘要研究了ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊的焊缝成形、微观组织和力学性能。试验结果表明，随着旋转速度的增 加，焊缝金属的塑性流动得到改善，孔洞消失；随着焊接速度的提高，焊核区晶体的动态再结晶得到抑制，晶粒被细 化。最佳的工艺参数：旋转速度１ ０００ ｒ／ｒａｉｎ，焊接速度４５ ｍｍ／ｍｉｎ，接头抗拉强度系数可达６３．７％。
关键词：搅拌摩擦焊ＡＺ３１镁合金微观组织力学性能 中图分类号：ＴＧ４５７．１９
０前 言
镁合金具有密度低、高比强度和比刚度等优点，在
航空、航天、汽车等工业领域得到了广泛的应用。但由
于其熔点低、线胀系数大、导热系数和比热容大，在采 用传统的熔化焊方法进行焊接时，容易产生热裂纹、气 孔、过烧、夹渣、合金元素烧损等缺陷＿ｌ ］，使接头的力
学性能下降，限制了镁合金结构件的应用。
搅拌摩擦焊技术 的出现，引起国内外焊接领域
学者们的广泛重视，对镁合金的焊接具有很大的应用 潜力 Ｊ。英国ＴｗＩ研究所Ｒ．Ｊｏｈｎｓｏｎ等人＿ｌ。。对厚
度为６ ｍｍ的ＡＭ５０，ＡＭ６０，ＡＺ９１和ＡＺ３１等镁合金分
别进行了研究，得到了成形良好的焊缝。日本大阪大 学接合科学研究所Ｋ．Ｎａｋａｔａ等人＿１ 选用厚度为２
ｍｍ的ＡＺ９１Ｄ镁合金薄板作为试验材料，搅拌区的抗 拉强度可达到３３０—３６０ ＭＰａ，比母材强度的２２４—２５３ ＭＰａ高很多。邢丽等人¨ 研究了ＭＢ８镁合金薄板的 搅拌摩擦焊，得到了无气孑Ｌ、无裂纹、高强度的焊接接 头。Ｗｏｎ—Ｂａｅ Ｌｅｅ等人¨ 研究了ＡＺ３１Ｂ—Ｈ２４镁合
金的搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能。Ｈ．Ｚｈａｎｇ 等人 采用Ｃｕ涂层方法研究了ＡＺ３１搅拌摩擦焊过
程中的材料流动机理。因此，文中对变形ＡＺ３１Ｍｇ镁
合金搅拌摩擦焊接头成形工艺、组织状态变化及其力 学性能进行的深入研究，揭示出其成形规律，将对
ＡＺ３１变形镁合金的广泛应用奠定一定的基础。
１ 试验材料及设备
试验材料为４ ｍｍ厚的ＡＺ３１镁合金，表１为其主 要化学成分和力学性能。在试验过程中，通过改变工
艺参数，以获得最佳的焊缝成形和质量，并且对接头进 行组织分析、显微硬度及力学性能测试。试验设备为
北京赛福斯特公司生产的ＦＳＷ一３ＬＭ一００３型龙门式
数控搅拌摩擦焊机，搅拌工具由高速钢自行设计制造， 轴肩直径为１６．２ ｍｍ，搅拌针直径为４ ｍｍ，长３．８ ｍｍ。
表１ Ａｚ３１镁合金的化学成分和力学性能
试验中，所选用的工艺参数为搅拌头旋转速度： 机，硬度计。
ｌ ＝１ｉ ＯＬＹ Ｍ ＰＵ嚣Ｓ ＳＥ速Ｍ 蒜２试验躲及分析 ｍｍ／ｍｉｎ。显微组织分析用 ， ，拉伸试验 。。
收稿日期：２０１０－０５—１４ 图１为ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊接头截面的宏观 图像。其中焊核区是２块焊接试件的共有部分，一般
２０１１年第８期
５１
高应变率下AZ31镁合金焊接接头动态力学性能
高应变率下AZ31镁合金焊接接头动态力学性能
毛萍莉;席通;刘正;董阳;刘遵鑫;邸金南
【摘 要】采用分离式Hopkinson压杆在应变速率为900～2500s-1范围内对轧制态AZ31镁合金氩弧焊(TIG)和搅拌摩擦焊(FSW)焊接接头进行了高速冲击压缩实验,利用金相显微镜和扫描电子显微镜对压缩后的接头组织和断口进行了观察.结果表明:随着应变速率的增大,合金的真应力-应变曲线变化不大,说明AZ31镁合金两种焊接接头对应变速率的敏感性较小;在高应变速率下FSW焊接接头的强度及塑性均优于TIG焊接接头;两种接头在高应变速率下的断裂方式均为解理断裂,但相对于TIG焊接接头,FSW焊接接头更加平整光滑;两种接头的显微组织对应变率均不敏感,并且在高应变率压缩下的变形方式相同,主要为滑移.
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】7页(P53-58,65)
【关键词】分离式Hopkinson压杆;高应变速率;AZ31镁合金;氩弧焊;搅拌摩擦焊;解理断裂
【作 者】毛萍莉;席通;刘正;董阳;刘遵鑫;邸金南
【作者单位】沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110870 【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.2+2
镁合金具有高的比强度、比刚度、减震性、导热性、可切削加工性和可回收性，因而被称为21世纪的“绿色”工程材料［1，2］。目前，国内外对镁合金需求日益增加，镁合金结构件、型材、板材的应用范围不断扩大，而镁合金的连接工艺也随之越来越重要。焊接作为金属材料连接工艺中最普遍的连接方式之一，相对于钢铁材料及铝合金，镁合金焊接性能较差，已成为制约其广泛应用的首要问题［3，4］。周海等［5］研究了不同电流下AZ31镁合金钨极氩弧焊（Argon Tungsten－arc Welding，TIG）焊接接头的显微组织及力学性能；张福全等［6］，彭剑等［7］探讨了氩弧焊工艺参数对 AZ31镁合金薄板焊接接头质量的影响，并对3mm厚的AZ61镁合金薄板采用AZ31，AZ61两种焊丝进行TIG焊，探讨焊丝成分对焊接接头组织和性能的影响。Srinivasan等［8］探索了AZ31激光焊接件的力学性能及应力腐蚀断裂行为；Forcellese等［9］通过单轴拉伸和半球形穿孔实验研究了搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）AZ31镁合金的成型性能；Chowdhury等［10］研究了在不同应变率下AZ31双面电弧焊接和搅拌摩擦焊接接头的微观组织、拉伸性能以及加工硬化行为。
基于搅拌摩擦加工镁合金表面改性研究
基于搅拌摩擦加工镁合金表面改性研究
搅拌摩擦加工技术（Friction Stir Processing,简称FSP）是美国密苏里大学Mishra教授等人在搅拌摩擦焊接基础上发明的一种固态加工技术。通过搅拌摩擦加工技术可使材料产生剧烈塑性变形,实现材料微观组织细化和均匀化。
本文基于搅拌摩擦加工技术对镁合金表面进行改性研究,以期进一步扩大镁合金的应用范围。以AZ31镁合金为实验材料,研究了未加入粒子的FSP实验,确定了AZ31镁合金板搅拌摩擦加工的优化参数,研究了不同工艺参数对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响。
发现在纵截面上热机影响区和热影响区有一个较为明显的组织过渡界面,热影响区晶粒“粗化”。当旋转速度为1500 r/min,加工速度为60mm/min时,硬度值比母材最高提高约30%。
研究了强制冷却FSP工艺,对搅拌摩擦加工过程中的温度进行有效控制,分析了强制冷却对AZ31镁合金微观组织和性能的影响。发现强制冷却加工后试样纵截面上热影响区基本消失,AZ31镁合金硬度值比母材提高约67%。
采用搅拌摩擦加工技术对AZ31镁合金进行加入Al2O3粒子的表面改性研究,优化了工艺参数,加入Al2O3粒子后AZ31镁合金板硬度值比母材提高约38%。对加入纳米SiC粒子和未加入粒子试样进行摩擦磨损研究,发现加入纳米SiC粒子的试样表面磨痕均匀细密,粒子均匀分布在试样表面,在纵向上形成了一定厚度的连续隔离膜,改变了摩擦副的接触形式降低了磨损量。
第一阶段转数为300转时,加入粒子试样与未加入粒子试样磨损失重量相差9倍。
AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析
第28卷 第6期2008年12月 航 空 材 料 学 报
JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSVol128,No16 December 2008
AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织
和性能分析
谭 兵1, 陈东高1, 高 明2, 冯杰材1, 王有祁1
(1.中国兵器科学研究院宁波分院,浙江宁波315103;2.华中科技大学,武汉430074)
摘要:采用激光-MIG复合焊对10mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等,并检测了接头区域硬度和接头强度。试验结果表明:采用激光-MIG复合焊能获得成形美观的焊缝,无明显的缺陷;焊缝热影响最大宽度位于激光区,约为100Lm,焊缝组织为15~25Lm的等轴晶粒;相比于母材,焊缝区的镁元素出现烧损,铝和锰元素的比例有一定增加;焊缝区主要为Mg,Al和少量的MgO相。焊接接头硬度值较均匀;焊缝抗拉强度达到222MPa,断口形貌为混合断裂断口。关键词:激光-MIG复合焊;AZ31B镁合金;力学性能;微观组织中图分类号:TG14612 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2008)06-0036-05
收稿日期:2007-11-08;修订日期:2008-05-20作者简介:谭兵(1979)),男,硕士,工程师,主要从事高强钢、高强铝合和镁合金的焊接研究,(E-mail)tan_1_1@1631com。 镁合金由于具有比强度高、密度小、易加工、良
好的防震性和耐蚀性等优点,而被广泛的应用于航
天、汽车、摩托车和电子产品中[1],成为目前有色金
属研究和发展的主要方向。而焊接是形成结构件的重要手段,因此对镁合金材料的焊接性研究具有重
大的理论和工程意义。 镁合金具有熔点低、线膨胀系数及导热系数高
的特点,导致镁合金在焊接过程中容易出现氧化燃
5754／AZ31异种合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能
5754／AZ31异种合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能
叶结和;杨千里;朱燕;黄林召;赵勇
【摘 要】采用搅拌摩擦焊焊接3 mm 厚的5754／AZ31异种合金．通过光学显微镜和扫描电镜观察接头不同部位的组织形貌，并对焊核区异种金属结合处的界面进行成分分析，研究了不同的焊接速度对铝－镁异种合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响．试验结果表明：焊接速度为100 mm／min 和200 mm／min
时，可以获得无缺陷的铝镁异种合金搅拌摩擦焊接头；焊接速度为100 mm／min
时，焊核区铝－镁界面扩散层较厚，生成较多的金属间化合物，降低了接头的性能；焊接速度为200 mm／min 时，接头的抗拉强度达到最大值，为76.6 MPa．%In
this paper,3 mm thick 5754 /AZ31 dissimilar alloys were welded by friction
stir welding.The mi-crostructure of joints was observed by optical
microscope and scanning electron microscope and the ingredients of the
surface in the weld nugget were analyzed.The effect of the welding speed
on the microstructures and mechan-ical property of Al /Mg dissimilar joint
were investigated.The results show that the dissimilar joint without defects
can be obtained with the welding speed 100 mm /min and 200 mm
AZ31B镁合金热处理晶粒尺寸扩散焊接剪切强度硕士论文
工业挤压态AZ31B镁合金扩散焊接工艺实验研究
材料加工工程， 2011， 硕士
【摘要】 工业技术水平的提高依赖于新结构材料的研发,而作为最轻的金属结构材料的镁合金,在结构减重与承载等方面均具有突出的优点。随着镁合金在各行各业中日益广泛的应用,镁合金的连接问题也相应地成为人们关注的焦点,但是镁合金的焊接性能差,很难实现可靠连接,制约了镁合金的广泛应用。真空扩散焊接是一种精密连接方法,接头区不需要经过熔化与凝固的过程,能减少或避免类似于熔化焊中产生的缺陷,更容易实现同母材组织性能一致的高质量连接。并且连接后的焊件精度高、变形小,可以实现精密结合,一般不需要再进行机加工,经济效益明显。因此研究镁合金的扩散焊接有十分重要的理论意义和实际意义。目前,AZ31B是应用最为广泛的变形镁合金,同时还是一种非常重要的商用镁合金。因此本文对工业挤压态AZ31B变形镁合金的热处理工艺和真空扩散焊接工艺进行了研究。热处理的实验结果表明在温度为300℃、时间为30min时,晶粒尺寸达到最小,为14.1μm；然后在合理的连接温度、保温时间、压力等参数下对AZ31B镁合金进行扩散焊接实验研究,实验结果表明,在温度为420℃,压力8MPa,保温时间为90min时,获得的扩散焊接接头的显微组织最好；杂质对... 更多还原
【Abstract】 Raising the level of industrial technology
depends on the development of new structural materials. As the lightest metal structural material, magnesium alloy has
outstanding advantages in weight lighting and load bearing and
other aspects. With the increasingly widespread application of
用摩擦搅拌焊接法对纯钛与AZ31镁合金焊接性能的研究
一…～一 … …… 一… … —＿一
０ｓ工艺是由Ｋ．Ｏｎｏ和Ｒ．Ｏ．Ｓｕｚｕｋｉ提出的，其
基本思想是在熔融ＣａＣ１：中电解ＣａＯ生产钙，并用
钙还原ＴｉＯ：生产金属钛。ＣａＯ的理论沉积电压约为
２．６ Ｖ，用约３．０ Ｖ的电压可将ＣａＯ还原成钙。生产
中，钙液沿阴极向上流，回收后作为ＴｉＯ：的还原剂
重新使用。
对于钙还原ＴｉＯ：，溶解于熔融ＣａＣ１：中的钙也
可与ＴｉＯ：反应，形成金属钛。ＣａＯ沉积的电化学
反应是吸热反应，而Ｃａ与ＴｉＯ：的反应是放热反应， 因此，两个浴槽可以相互利用其反应热。由于ＣａＯ
的分解，阴极附近沉积的钙溶解进入熔融ＣａＣ１：
中，在阴极上与ＴｉＯ：粉末反应，生成金属钛。在
实验室中，成功地还原了１．０ ｇ ＴｉＯ：粉末。还原得
到的钛在１ １７３ Ｋ经３ ｈ脱氧，氧含量为０．２％。
ＯＳ工艺的一个缺点是游离碳会与金属反应，
造成钛中碳含量超存，因此必须对钛产品做好某些
防护。
（２）ＦＦＣ工艺 ＦＦＣ工艺是由Ｄ．Ｊ．Ｆｒａｙ等人提出。在导电ＣａＣ１：
熔体中，ＴｉＯ：粒子分解成钛和Ｏ 。Ｏ 从熔盐中分
离，在碳阳极上以Ｏ：形式放出。该分离反应也利
用了ＣａＣ１ 可溶解大量ＣａＯ，特别是Ｏ：的特点，电
解后得到块状钛产品，并且电流效率较高。但当电
压低于１．８ Ｖ时，电流很小，反应速度很慢。
还原反应开始于ＴｉＯ：粒子表面，钛层会覆盖整 个氧化物粒子表面。电子通过钛层转移至粒子，形
成Ｏｚ一或ｃａ，同时氧通过扩散转移至钛层表面。在
ＴｉＯ：粒子致密的情况下，尽管温度在ＣａＣ１：的熔点
以上，但要持续一段时间才能完全还原。高电流密
度会引起气体大量增加和一系列的转变，熔体的这
种转变可扰乱阴极附近的高Ｃａ区。
ＦＦＣ工艺的操作相对简单，但需要人工烧结的
ＴｉＯ：颗粒和加热来维持反应温度，且过滤时间长。
（３）工业应用
０ｓ工艺和ＦＦＣ工艺均具备用金属混合氧化物
直接生产合金的潜能。实际上，除纯Ｎｈ，ｃｒ，Ｔａ，
基于田口方法的AZ31镁合金搅拌摩擦点焊工艺参数优化
基于田口方法的AZ31镁合金搅拌摩擦点焊工艺参数优化
陈松林;张大童;张文;邱诚
【摘 要】按照正交表对9组AZ31镁合金搭接试样进行搅拌摩擦点焊,采用田口方法对接头的力学性能进行了信噪比和方差分析.结果表明,搅拌摩擦点焊工艺参数对接头最大拉伸载荷影响由大到小依次为旋转速度、停留时间和压下量.在1 000
r/min旋转速度、5s停留时间、4.6 mm下压量条件下,得到的接头具有最大的拉伸力.组织和硬度分析表明,拉伸承载能力最强的试样冶金结合区和拉伸变形量最大,但硬度值最低.拉伸断口形貌分析表明,点焊接头断裂方式均为韧-脆混合型断裂.
【期刊名称】《电焊机》
【年(卷),期】2015(045)011
【总页数】6页(P78-83)
【关键词】AZ31镁合金;搅拌摩擦点焊;田口方法;参数优化
【作 者】陈松林;张大童;张文;邱诚
【作者单位】华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心,广东广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心,广东广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心,广东广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术中心,广东广州510640
【正文语种】中 文
【中图分类】TG453+.9 搅拌摩擦点焊FSSW（Friction stir spot welding）是基于搅拌摩擦缝焊技术研发的一种新型固相焊接技术[1]，焊接时高速旋转的搅拌头经过下压、停留、回撤三个过程形成焊点，实现两板之间的连接。采用搅拌摩擦点焊焊接镁合金板材时具有热量小、温度低、固相连接等特点，避免了传统熔焊过程出现的氢气孔和裂纹等缺陷，正是这些优点使得搅拌摩擦点焊逐渐在点连接领域崭露头角，成为极具应用潜力的新的焊接途径[2-3]。
目前，国内外学者对AZ系列镁合金搅拌摩擦点焊工艺开展了研究。尹玉环[4]等人通过控制变量法研究了AZ31镁合金搅拌摩擦点焊工艺参数对接头力学性能的影响，结果表明接头最大承载能力随着搅拌头旋转速度增加先增大后减小，随着停留时间的延长则先增大后在一定范围内波动。Yuan[5]等人利用单因素法研究了AZ61镁合金的搅拌摩擦点焊接头，指出焊后搅拌区发生动态再结晶生成细小等轴的晶粒，搭接板之间的结合面积越大则接头拉伸承载能力越好。由于搅拌摩擦点焊工艺的影响因素较多，接头组织形成机理复杂，对于该工艺的研究还有待进一步深入。
商业AZ31镁合金搅拌摩擦焊成形研究
３４．工艺与新技术． 焊接技术 第４３卷第２期２０１４年２月 文章编号１ １００２—０２５Ｘ（２０１４）０２—００３４—０３ 商业ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊成形研究 李铁龙 ｒ，杨新岐 ，王振山。，孟淑英 （１．运城学院机电系，山西运城０４４０００：２．天津大学材料科学与工程学院，天津３０００７２．；３．山西闻喜银光镁业有限 责任公司．山西闻喜０４３８００） 摘要：商业ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊在搅拌头转速１ ５００ ｒ／ｍｉｎ、焊速３００ｍｍ／ｍｉｎ时可得到致密无缺陷的焊缝，其焊接接头抗拉强度为 １９０．７ＭＰａ．达到母材抗拉强度的８２．９％ 并对不同工艺焊接接头的宏观缺陷、金相组织、显微硬度、抗拉强度及断口进行抗拉强度逐 一分析，同时探讨了它们之间的相互关系。 关键词：ＡＺ３１镁合金；搅拌摩擦焊；金相组织；显徽硬度；力学性能 中图分类号：ＴＧ４５７：ＴＧ４５３．９ 文献标志码：Ｂ ＡＺ３１变形镁合金具有较高低温强度、良好延展 性、高塑性，可制造不同厚度的板材及形状复杂的 锻件或挤压件… 其作为结构材料．不可避免需要焊 接连结 由于镁合金具有易氧化特点，采用英国焊 研所发明的同相连接一搅拌摩擦焊．已应用到航空、 航天、军工、轨道交通等领域，１ ，对其板材搅拌摩 擦焊工艺、性能的研究逐步深入并突破。张彦军对 厚６ ｍｍ板接头进行了拉伸、正弯及冲击．其抗拉强 度２１５．３４ ＭＰａ．达到母材抗拉强度的０．８９倍 。张 华等人研究了热轧供应态２．５ ｍｍ厚板材工艺参数和 力学性能之间的关系以及组织分析．确定了评价参数 Ｒ／ｖ ］：同时对５ ｍｉｌｌ厚板镀１层薄铜．分析材料 的流动 ］ 杨素媛对１０ ｍｍ厚的铸态ＡＺ３１镁合金 锻造、轧制、退火，加工成板坯，再对其进行搅拌 摩擦焊对接．分析了该接头组织的演变．并研究了 接头力学性能与组织的关系．且其抗拉强度可达母材 抗拉强度的８０％以上．接头的冲击韧性高于母材［＝ｌ｝］。 熊峰研究了６ ｍｍ厚度的板材．分析了焊接参数对接 头微观组织和力学性能的影响＿９１ 对３ ｍｍ厚挤压态商业ＡＺ３１镁合金板材搅拌摩 擦焊研究尚未见报道．而不同工艺形成的板材性能 差异很大．在搅拌摩擦焊后组织性能如何变化，值 收稿日期：２Ｏｌ３—１２—０６ 得探索．故笔者采用不同焊接参数进行了焊接，并 分析了接头组织、缺陷、力学性能及断口的关系。 １试验材料和方法 试验用材料为山西闻喜银光镁业有限责任公司 提供的３ ｎｌｉｉ１厚热挤压态ＡＺ３１镁合金板材，板材规 格为３００ ｍｍｘｌ００ ｍｉｎｘ３ ｍｍ．其长度方向为板材的 挤压方向 所用搅拌摩擦焊机为北京赛福斯特技术 有限公司研制的ＦＳＷ—ＲＬ３１—０１０型号 选用自制的 材料为４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶ１螺纹锥形搅拌头，其参数为： 轴肩直径１０ ｍｍ．搅拌针长度２．８ ｍｍ．沿焊接方向 倾斜２．５。装配 将待焊板材夹紧固定．对其沿挤压 方向进行单道对接搅拌摩擦焊 焊前，只需对焊件 对接表面除尘、除垢即可，非特意去除氧化膜。焊 后．在焊件中部沿焊缝横向按整个厚度制取金相试 样，研磨、抛光，用３ ｇ苦味酸、２０ ｍＬ冰醋酸、 ５０ ｍＬ乙醇、２０ ｍＬ水配制腐蚀液，浸蚀５～１５ Ｓ，纯 乙醇清洗、吹干．在ＯＬＹＭＰＵＳ ２ＧＸ５１光镜上观察金 相组织 根据ＧＢ／Ｔ ２６５１—２ｏ０８／ＩＳ０ ４１３６：２００１和 ＧＢ／Ｔ ２２８．１—２０１０确定拉伸试样尺寸．用深圳市瑞 格尔仪器有限公司制造的电子万能材料试验机拉伸。 用上海材料试验机厂的ＭＨＶ－－２０００型数显显微硬度 计．根据ＧＢ／Ｔ ４３４０．１—２００９测量显微维氏硬度，采 用０．９８ Ｎ压力．１０ ｓ饱和时间．０．
AZ31镁合金搅拌摩擦焊
ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊
浙江省特种设备检验研究院（杭州市３１００２０）
黑龙江省安装工程公司（哈尔滨市 １５００４０） 俘掳
朱晓智
李学军
摘要研究了ＡＺ３１镁合金搅拌摩擦焊的焊缝成形、微观组织和力学性能。试验结果表明，随着旋转速度的增 加，焊缝金属的塑性流动得到改善，孔洞消失；随着焊接速度的提高，焊核区晶体的动态再结晶得到抑制，晶粒被细 化。最佳的工艺参数：旋转速度１ ０００ ｒ／ｒａｉｎ，焊接速度４５ ｍｍ／ｍｉｎ，接头抗拉强度系数可达６３．７％。
关键词：搅拌摩擦焊ＡＺ３１镁合金微观组织力学性能 中图分类号：ＴＧ４５７．１９
０前 言
镁合金具有密度低、高比强度和比刚度等优点，在
航空、航天、汽车等工业领域得到了广泛的应用。但由
于其熔点低、线胀系数大、导热系数和比热容大，在采 用传统的熔化焊方法进行焊接时，容易产生热裂纹、气 孔、过烧、夹渣、合金元素烧损等缺陷＿ｌ ］，使接头的力
学性能下降，限制了镁合金结构件的应用。
搅拌摩擦焊技术 的出现，引起国内外焊接领域
学者们的广泛重视，对镁合金的焊接具有很大的应用 潜力 Ｊ。英国ＴｗＩ研究所Ｒ．Ｊｏｈｎｓｏｎ等人＿ｌ。。对厚
度为６ ｍｍ的ＡＭ５０，ＡＭ６０，ＡＺ９１和ＡＺ３１等镁合金分
别进行了研究，得到了成形良好的焊缝。日本大阪大 学接合科学研究所Ｋ．Ｎａｋａｔａ等人＿１ 选用厚度为２
ｍｍ的ＡＺ９１Ｄ镁合金薄板作为试验材料，搅拌区的抗 拉强度可达到３３０—３６０ ＭＰａ，比母材强度的２２４—２５３ ＭＰａ高很多。邢丽等人¨ 研究了ＭＢ８镁合金薄板的 搅拌摩擦焊，得到了无气孑Ｌ、无裂纹、高强度的焊接接 头。Ｗｏｎ—Ｂａｅ Ｌｅｅ等人¨ 研究了ＡＺ３１Ｂ—Ｈ２４镁合
金的搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能。Ｈ．Ｚｈａｎｇ 等人 采用Ｃｕ涂层方法研究了ＡＺ３１搅拌摩擦焊过
程中的材料流动机理。因此，文中对变形ＡＺ３１Ｍｇ镁
合金搅拌摩擦焊接头成形工艺、组织状态变化及其力 学性能进行的深入研究，揭示出其成形规律，将对
镁铝合金焊接现状.wps
2． 镁合金/铝合金的焊接2
随着镁合金的广泛应用，不可避免地会遇到镁合
［7］ 。
金和铝合金的连接问题 Mg 和 Al 的表面容易形
、
成氧化膜(MgO Al2 O3)焊缝中极易形成大量的， Mg
－Al 系脆性金属间化合物，采用一般的焊接工艺难 ［8］
。
以得到良好的焊接接头
文献［9］针对 AZ31B 镁合金与 LY12 铝合金进
行了搅拌摩擦焊技术研究，结果表明，适宜的焊接工 。
艺参数下，AZ31B/LY12 搅拌摩擦焊接是可行的 同
时镁铝合金的片层结构由于材料的彼此挤压而相互
挤入，发生明显的变形，从而导致焊接接头的力学性
。 能较母材有所降低 镁/铝异种合金的搅拌摩擦焊接
规范带比较窄，只有在严格控制规范参数的情况下，
。
才能获得优质的焊接接头
、 柳绪静 刘黎明等人对 AZ31B 镁合金及6061 铝
合金板材分别进行了激光 － TIG 复合热源和 TIG 焊
［7］
。
接 结果表明，TIG 焊接镁和铝形成连续的金属间 化合物层，导致镁和铝接触的界面开裂，不能实现有
。
效连接 激光 － TIG 复合热源由于其焊接速度率和
对熔池的快速搅拌作用，使镁和铝形成的金属间化合
物由连续的层状变成弥散的状态，改善了异种金属镁 。
和铝的焊接性 镁和铝激光 － TIG 复合热源焊接的
。
焊缝成形均匀美观
文献［10］研究了 MB3 镁合金与 1060 铝合金的 搅拌摩擦焊接 结果表明，可以实现这两种合金的连
接，并可得到外观形貌良好的接头;镁合金在搅拌过
程中呈层状嵌入到铝合金基体中，这种层状结构中出
现的微小空洞靠近镁合金的一侧，同时在连接界面还
发现了狭长的中间层;接头附近存在的脆性金属间层 。
状物导致接头力学性能显著下降 Kwon 等人对厚度为2 mm 的 AZ31B －O 镁合金
［11］ 。
与 A5052P － O 铝合金板进行了搅拌摩擦焊接
、 、
当旋转速率为1 000 1 200 1 400 r/min 时均可获得