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摘 要

激光焊由于其自动化效率高、能够实现异种材料和难焊材料的焊接等特点，在当今产业生产制造中得到越来越广泛的应用。镁由于其密度低，为了减轻车身质量镁在汽车制造中应用越来越广，这必将涉及到镁和钢的焊接。镁和钢由于其物理化学性能差异很大，两者之间没有冶金反应无法生成化合物，两者之间固溶度极低，普通焊接方法很难实现两者的有效结合。解决镁和钢的可靠结合这一问题一向是焊接方向的热点和难点。本文选用镍做中间层，通过激光焊接方法焊接镁和不锈钢，优化焊接工艺参数，研究焊缝组织和力学性能。

实验结果表明：添加镍中间层激光焊接镁/不锈钢，在一定的的焊接工艺参数下可以获得宏观外貌成形良好、没有裂纹和气孔等焊接缺陷的焊缝。由于0.1mm 厚度Ni中间层的添加，Ni与不锈钢的相容性，能润湿不锈钢表面，在镁/钢结合处存在过渡层主要是Fe-Ni相，焊缝组织主要由熔化的镁合金构成，推测含有AlNi相和Mg-Ni相组成。因为这些新相的生成使焊缝区域的平均硬度略高于镁合金母材。

关键词：镁 不锈钢 激光焊 接头组织 硬度

ABSTRACT

Laser welding technology has become more and more widely used in modern industrial manufacturing,because of it its high automation efficiency, ability to weld dissimilar materials and hard-to-weld materials. Because of its low density, magnesium is used more and more widely in automobile manufacturing in order to reduce the mass of its body, This will certainly involve the welding of magnesium and steel. Magnesium and steel have great differences in their physical and chemical properties. There is no metallurgical reaction between them and no compounds can be formed. The solid solubility between the two is extremely low, and ordinary welding methods are difficult to achieve effective combination of the two. To achieve a reliable combination of magnesium and steel has always been a hot and difficult point in the welding neighborhood. In this paper, nickel was selected as the intermediate layer ,magnesium and stainless steel were welded by laser welding technology,optimize welding process parameters, study weld microstructure and mechanical properties.

Experimental results show: Add nickel intermediate layer laser welding magnesium/stainless steel, Under certain welding process parameters, welds with good macroscopic appearance and crack-free porosity can be obtained. Due to the addition of a 0.1 mm thick Ni interlayer, the compatibility of Ni and stainless steel wets the surface of the stainless steel. The presence of a transition layer in the Mg/steel bond zone is mainly Fe-Ni phase. The weld microstructure is mainly composed of melted magnesium alloy. Welds, presumably containing AlNi phase and Mg-Ni phase composition. Because these new phases are generated, the average hardness of the weld zone is slightly higher than that of the magnesium alloy base metal.

Key Words: magnesium;stainless steel ;laser welding; joint organization; hardness

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2激光焊概述 1

1.2.1激光焊基本原理 1

1.2.2激光焊优缺点 2

1.2.3激光焊接发展与应用 2

1.3镁/不锈钢异种金属焊接难点 2

1.3.1镁及其合金焊接性 2

1.3.2不锈钢焊接性 3

1.3.3镁/钢异种材料焊接性 3

1.4镁/钢焊接工艺国内外研究现状及分析 5

1.5本课题主要研究内容 7

第二章 实验材料、方法和设备 9

2.1实验材料 9

2.2实验设备 10

2.3实验方法 11

2.3.1激光焊接实验 11

2.3.2焊缝组织分析实验 12

2.3.3硬度实验 13

第三章 镁/不锈钢激光焊接头宏观成形特征 14

3.1焊缝表面形貌 14

3.2焊缝截面形貌 15

3.3本章小结 16

第四章 镁/不锈钢激光焊接头微观组织与力学性能 17

4.1镁侧热影响区微观组织 17

4.2焊缝中部微观组织 19

4.3添加镍夹层的镁/不锈钢接合处微观组织 21

4.4显微硬度 23

4.5镁/不锈钢激光焊经济性分析 26

4.6本章小结 27

第五章 结论 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

伴随着人类科学技术的不断提高和工业的不断发展，能源消耗量越来越高，石油、煤炭等不可再生资源储量日益减少，由此也带来了全世界范围的气候变化、冰川融化等一系列严重的环境问题。由于人们保护环境的意识不断增强，这些问题不断得到人们的关注并号令节能减排。汽车是当今社会使用最广泛的交通工具，它的使用不仅消耗了大量油气燃料，同时其排放的尾气也造成环境污染。为了降低能源的消耗量、达到爱护自然环境的目的，减轻汽车总体重量是一个很有效的途径。主要在一些特殊部位用轻合金代替传统金属，这也将成为将来汽车发展的重要方向^[1-2]。

镁的含量极度丰富，其含量在地壳所有的金属中排第6位。并且是当今利用于工程材料的金属中质量最轻的，其具备低的密度、比强度高、比刚度高、阻尼减震性高、可循环利用等长处，称之为“21世纪绿色环保的工程材料”^[3-4]，符合节能减排的要求在汽车生产等方向有着十分广泛的应用前景。不锈钢具备优异的耐腐蚀性能，机械强度较高，以及良好的焊接性在汽车领域有重要应用^[5-6]。

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