焊接工程师论文范文：AZ31镁合金焊接接头在氯化钠中的腐蚀行为的探讨

第一章 绪论

1.1 镁以及镁合金的基本信息
镁是元素周期表中IIA族元素，是最轻的金属之一，镁的密度约为铁的四分之一，铝的三分之二，镁的比强度和比刚度比其他金属都要高得多，故而倍受人们青睐。镁是密排六方晶胞，室温下要发生变形只有(0001)面一个滑移面，这种单一的滑移系造成了它的塑性比铝（铝是面心立方晶胞）要差。但是一旦加热到225℃以上，其塑性将会随着滑移系的增加而有很大的提高，故而镁和镁合金的成型工艺通常都为热加工，一般不容易在冷状态下进行。镁合金的比强度、比刚度高，比弹性模量大，减振性非常好，因此．经常被应用于铸造容易承受大的冲击载荷的部件，如飞机起落轮毂、传送带轮以及发动机机壳等。镁合金的切削加工性能非常好，切削等同体积的镁合金所需功率低于其他任何金属， 而它另一个突出的特点是不需要磨削和抛光、不使用切削液即可得到光洁的表面[1]。
另外，镁合金的电磁屏蔽性极佳，用于制造3C产品外壳的材料要求之一就是有优越抗电磁干扰作用，而镁合金材料能屏蔽超过100db的电磁干扰。镁合金是依靠合金元素和镁形成固溶体来达到强化的目的（研究表明，镉与镁完全固溶），加工硬化也能提高镁合金的强度。而镁合金的强韧化是通过晶粒细化和组织的均匀化来实现的。按成型工艺来区分，镁合金有变形镁合金和压铸镁合金两类。目前压铸镁合金使用最多。但变形镁合金的组织缺陷要少，比压铸镁合金有着更好的延展性和强度系数。压铸镁合金：有AZ，AM，AS，AE四个系列，其典型代表有：AZ91，AM60 ，AM50，AS41，AS21，AE42等。目前压铸镁合金主要的应用领域是制造机件壳罩、汽车零件以及电气构件等等。其中AZ91是最常用的压铸镁合金，屈服强度高，可以制造几乎所有形式的零部件。而AM60和AM50牌号的镁合金的延伸率、韧性优良，一般用于制造车轮、车门等。AS21、AE42和AS41牌号的镁合金的高温强度性能好。
自从上世纪70年代的能源危机开始，环保和节能是汽车制造业必须考虑的两个因素，减轻车身重量就可达到到减轻废气排放量和减少油耗的双赢。镁是汽车“减重”最具影响力的结构材料之一，首先，和钢和铝合金相比，镁合金的比强度要高于前二者，比刚度与之接近。其次，它的阻尼系数大于铝合金和铸铁，减震性能好，而且，从上世纪八十年代始，人们在减轻镁的腐蚀性和易燃性方面获得突破性进展的同时大大降低了生产成本，所以，汽车研发人员开始使用镁合金来替代钢和铝合金以达到轻量化的效果。镁合金可用于发动机前盖、车身、轮圈、方向盘、前座椅架、仪表盘、电子控制箱以及刹车支架等部件的制造[5]，此外，还有许多零部件正在开发中。
大众汽车是首先将镁合金在汽车业界大规模投入应用的公司，而通用、福特、戴姆勒一克莱斯勒三大汽车制造商则是目前用镁量最大的公司。随着科技发展，电子产业和我们的生活越来越紧密，电子器件开始向轻、薄、小的方向发展，对材料性能的要求也越来越高。电器外壳材料要具有比强度和比刚度高、电磁屏蔽性好、减震性好、散热性好、美观环保、易加工等特点。镁和镁合金是非常理想的材料，被越来越多的应用于3C类产品的外壳，其在电子器件领域有着广阔的应用前景。由于镁和镁合金具有比强度和比刚度高等诸多优于其他金属材料的性能，使其非常适合应用于飞机机身和构件、航天器外壳、减震系统、卫星探测器、火箭、导弹等等。然而，这些部件都对材料的耐腐蚀性能要求非常高，镁和镁合金的耐蚀性问题还有待进一步的深入研究，所以，其在航空航天和军事工业领域都有着巨大的应用潜能。此外，镁合金还用在照明弹、信号弹、炼钢脱硫剂、添加到Al中充当合金组元、以及生物医学领域等等。

1.2 镁合金焊接特点概述
由于镁合金具有许多有点优点是其他材料无法比拟的，特别是轻质高强的特点使其备受关注，所以，镁合金连接也成为了人们研究的热点。但是由于镁合金具有熔点低、易氧化、热导率和热膨胀系数高等特点，使其焊接接头性能变差，因此，解决镁合金焊接中存在的一系列问题成为现在迫切需要解决的关键所在。与铝合金相比，镁合金对焊接参数的要求更高。硕博论文网sblunwen.com是经典论文网站，提供初中英语教学反思范文，初中英语教师教学反思，初中英语课堂教学反思，初中英语阅读教学反思。联系方式：QQ 1847080343，电话13795489978。在其焊接中必须要注意以下几方面：镁元素的热导率高且熔点低，在焊接时需要采用大功率电流或火焰，所以焊缝区材料容易产生过热，导致粗晶现象，特别是中厚度板材的焊接，更需要减轻此类缺陷，从而增强焊接接头的力学性能。镁合金中的锰可以起到提高耐蚀性和细化晶粒的作用，提升焊缝的性能。合金中的铝可以和镁在437℃发生共晶反应形成一种新相β相，这是一种脆性相，从而提高了镁合金的机械强度和耐腐蚀性。镁极容易被氧化，在焊接时易形成MgO膜层，而MgO的熔点很高而且密度大，在焊接熔池中的极易形成基体中的夹渣，另外在焊接高温下，镁还容易和氮发生反应，生成镁的氮化物，这些都会使其焊接接头的性能变差。镁元素沸点较低，焊接高温下易导致其蒸发。
为防止镁的氧化和蒸发，焊接时需要采用一些必要措施，如尽可能选择小的焊接热输入、采用脉冲电流和添加专用焊剂等等，以减少镁的氧化烧损和蒸发。与铝和钢相比，镁元素的热膨胀系数较大，在焊接中产生的热应力也较大，这都会导致加剧焊接裂纹的产生和引起焊接件的变形。镁元素易与合金中的铝形成共晶物，且该共晶物的熔点很低（约为430℃)，容易产生晶界偏析，使得焊缝凝固的凝固温度范围增大 (脆性温度区间变宽)，从而导致焊缝区容易形成热裂纹，裂纹按形态区分有横向裂纹、沿焊缝的裂纹以及弧坑裂纹等。其中弧坑裂纹最容易发生扩展。为减少破坏，可采用高速焊接，而且要求用能量集中的焊接热源。

    1.3 深冷处理技术的研究及应用 .........................13-16
    1.4 镁合金的腐蚀 .........................16-22
    1.5 论文的研究内容及意义 .........................22-26
        1.5.1 论文主要的研究内容及目的 .........................22-23
        1.5.2 论文研究的意义 .........................23-26
第二章 试验方案及材料 .........................26-37
    2.1 制定试验方案 .........................26-33
    2.2 试验所需仪器设备和材料 .........................33
    2.3 腐蚀速率的计算 .........................33-34
    2.4 组织结构分析 .........................34-37
        2.4.1 试样的制备和金相观察 .........................34-35
        2.4.2 XRD 分析（X 射线衍射分析） .........................35-37
第三章 试验结果分析 .........................37-51
    3.1 腐蚀速率计算结果分析 .........................37-39
    3.2 金相微观形貌试验结果分析 .........................39-44
    3.3 X 射线衍射试验分析结果 .........................44-46
    3.4 极化试验分析结果 .........................46
    3.5 镁合金焊接接头深冷处理改善耐腐蚀性机理的探讨 ............46-51

结 论

本课题在总结前人的研究成果的基础上，通过实验对比不同的深冷处理时间对AZ31镁合金焊接接头在氯化钠溶液中的腐蚀行为的影响，以及对深冷处理工艺对镁合金耐腐蚀性能的影响机理。得到以下的一些结论：
（1） 深冷处理能够使AZ31镁合金TIG焊接接头的耐腐蚀性能提高，经过不同深冷处理时间的试样在氯化钠浓度3.5％的模拟海水介质中浸泡92小时，其耐腐蚀性能最高可比未经过深冷的好4.8倍。而在5％的浓度的氯化钠溶液中浸泡同样时间，其耐腐蚀性能最好要比未经深冷的好2.5倍。
（2） 分析AZ31镁合金焊接接头试样的微观组织主要由α-Mg和β-Mg17Al12两相组成，所以在-196℃对试样做深冷处理，在深冷时间不同的情况下，两相的组分含量比不同，随着深冷处理时间不断延长，镁合金中最重要的第二相β-Mg17Al12会逐渐变得弥散且含量增多。β相对合金耐腐蚀性的影响起着双重作用：其一，β相比基体α相稳定，当β相含量少时，它阻碍腐蚀的作用会占到主导地位，其二，β相的电位比α相低，当其含量多时，它作为内电偶的阴极加速腐蚀的作用会占主导。
（3） 相同情况下，腐蚀介质的浓度（尤其是Cl-浓度）越高，第二相的加速合金基体溶解作用就越强，所以，在腐蚀介质浓度越高的时候，深冷处理的时间应该越短。
（4） 深冷处理可以细化焊接接头的微观组织，晶粒和亚晶的细化均可增强镁合金焊接接头的耐腐蚀性能。

参 考 文 献

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