【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料焊接，具体为一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法。
技术介绍
1、我国新能源车、无人机等领域迅猛发展，其电池壳体、舱体等零部件目前主要采用铝合金。镁的密度是铝的2/3，若能替代部分铝合金部件，则可进一步减重、节能降耗、提高续航里程。然而，镁合金焊接后，其焊缝及热影响区的强度通常远低于母材，难以保障产品的安全性。
2、熔化焊和搅拌摩擦焊是目前镁合金最主要的两类焊接方法，两种方法在焊接镁合金时都有一定的优势和弊端。
3、适宜镁合金的熔化焊方法有钨极氩弧焊、熔化极气保焊、激光焊等，相应焊缝的显微组织与铸态镁合金类似：晶粒尺寸普遍粗大，热影响区通常发生晶粒粗化、第二相的动态溶解/析出等。众所周知，相同成分镁合金在铸态下的力学性能一般远低于塑性加工状态，虽然镁合金焊缝的冷却速度较快，导致使该区域的性能优于一般铸态镁合金，但与变形镁合金母材的差距仍然较大，特别是当镁合金母材的强度较高时，熔焊焊缝很难达到母材强度水平。
4、搅拌摩擦焊(fsw)利用大塑性变形使搅拌区(sz)金属软化实现连接，激发动态再结晶，可获得比母材更细小的晶粒，强化相也变得细小弥散。相比于镁合金熔焊接头，fsw接头的屈服强度通常相对较高，这主要得益于细晶强化，但抗拉强度和延伸率较低，进入塑性变形阶段后很快断裂。例如目前应用最广的az31镁合金，即使无宏观焊接缺陷，其fsw接头的抗拉强度仍在母材的60％～90％之间大幅波动，拉断位置通常在sz与热机械影响区(tmaz)之间。相关研究表明，镁合金fsw接头拉断位置的(
5、针对上述问题，此前相关研究尝试了焊后塑性加工的方式调控焊接组织。焊后塑性加工可补偿焊缝的形变能损失、改善焊接组织等，强化效果远比焊后热处理等方式显著，镁合金的焊后轧制、压缩、拉伸和喷丸等手段可有效细化焊缝及热影响区的晶粒尺寸、第二相，产生大量孪晶和位错亚结构，焊缝也由随机织构转变为基面织构，使镁合金焊缝的强度获得大幅提升，如az31镁合金经过焊后局部轧制，焊接接头的强度可达到母材水平。
6、然而，当母材为抗拉强度350mpa以上的高强镁合金时，尤其是mg-re、mg-al-ca等能够形成高温热稳定强化相的镁合金，相应焊缝在高温下依旧保持较高强度，焊后热轧过程中极易开裂，需要高温才能实施焊后变形，且变形量仍十分有限，很难激发动态再结晶，接头的强度难以获得有效提升。此外，热轧等加工的保温过程也会恶化母材的力学性能，因此传统塑性加工方法在调控镁合金焊接组织和力学性能方面存在很大局限性。
7、焊后搅拌摩擦加工(fsp)既可产生局部剧烈塑性变形，又不影响母材组织，在调控焊接组织方面独具优势。此前人们研究了钢、铝及镁合金等材料在熔化焊的fsp，证实该方法可消除原焊缝的气孔、裂纹等缺陷，并在一定情况下改善焊接组织。然而，此前镁合金相关研究主要对熔焊接头或fsw接头进行后续fsp，处理后的焊缝仍然具有fsw接头的宏/微观特征，无法克服镁合金fsw接头的“织构软化”瓶颈。
8、早前卢柯院士团队利用深冷温度下的表面研磨技术(smgt)制备了梯度纳米金属铜，外层为纳米晶，中心为粗晶，其间为过渡尺寸晶粒，其屈服强度约为粗晶铜的2倍，塑性并未下降，维持拉伸真应变超过100％无裂纹，梯度结构促使纳米晶在室温下启动了晶界滑移，晶粒随即长大，超过一定尺寸后再次转变为位错滑移机制。以晶粒尺寸、孪晶密度、层片厚度、第二相百分比等为梯度的金属材料，通常展现出良好的强塑性匹配、耐磨性和疲劳性能。多晶材料的屈服强度服从hall-petch关系，相同拉伸应变下，梯度结构中不同尺度晶粒的形变抗力不同，诱导形成应力应变梯度，将单轴应力转变为多轴应力，有效抑制应变局域化。梯度结构中的位错形核、塞积以及几何必须位错的启动，引起额外的加工硬化和加工硬化率上升。有限元模拟和理论分析结果表明：合理优化梯度层厚度和晶粒尺寸，可获得高强度与高塑性的最佳匹配。
9、梯度、三明治等结构中，不同区域的晶粒尺寸差异显著，不仅能使材料获得良好的强塑性匹配，更重要的是此类结构可显著改变材料在受力时的应力场、应变场，给本专利的提出了理论基础。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，在镁合金熔焊焊缝的正反两面进行fsp，保留部分熔焊组织。三明治结构焊缝主要分为：上、下搅拌区(sz)和中心熔焊焊缝区(fz)。此外还有sz周边tmaz，这些区域也经历了不同程度的塑性变形和动态再结晶。三明治焊缝的结构(各区域的面积、厚度占比等)和微观组织，可通过改变fsp的搅拌头和加工参数进行调节。此外，还可以通过改变焊丝调控第二相种类和数量，加上梯度结构、三明治结构能够起到显著强韧化、改变金属材料承载时的应变场的特点，实现镁合金焊接组织的多角度协同调控，获得兼顾强度、韧塑性、耐磨性和疲劳性能的高质量镁合金焊缝，以解决上述
技术介绍
中提出的镁合金的“焊接热致软化”问题和“织构软化”瓶颈。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，包括如下步骤：
3、s1、焊前准备：焊接前磨去镁合金待焊表面的氧化层，露出金属光泽，可采用有机溶剂清洗工件表面的油渍，施焊前保证待焊件和焊丝表面清洁、干燥；
4、s2、熔焊成形：随后采用熔焊方法进行填丝对接焊，优化焊接参数，获得成形良好、无明显宏观缺陷的初始熔焊焊缝；
5、s3、去除余高：采用设备工具去除焊缝余高，使待搅拌摩擦加工的区域平整；
6、s4、双面搅拌摩擦加工：利用搅拌摩擦焊机，选择形状尺寸适当的搅拌摩擦工具，采用优化后的工艺参数，搅拌针对准步骤s3处理后的试件焊缝中心，沿焊缝长度方向进行正、反两面的搅拌摩擦加工，获得由上、下搅拌摩擦细晶层、中心形变粗晶层组成的三明治结构焊缝。
7、优选的，在所述步骤s1中，焊接前可通过金相砂纸及砂轮机对待焊区域进行打磨，去除氧化层。
8、优选的，在所述步骤s1中，有机溶剂可采用酒精、丙酮中的一种。
9、优选的，在所述步骤s2中，熔焊方法可采用钨极氩弧焊、熔化极气保焊、激光焊中的一种。
10、优选的，在所述步骤s2中，焊丝可选择本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤S1中，焊接前可通过金相砂纸及砂轮机对待焊区域进行打磨，去除氧化层。
3.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤S1中，有机溶剂可采用酒精、丙酮中的一种。
4.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤S2中，熔焊方法可采用钨极氩弧焊、熔化极气保焊、激光焊中的一种。
5.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤S2中，焊丝可选择与母材相同成分的镁合金焊丝，采用纯度≥99.99％的高纯氩气或氦气作为保护气，对于厚度2mm以上的镁合金，可采用双面焊，并视具体情况选择适当坡口。
6.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤S3中，设备工具可采用铣床、角磨机或砂纸中的一种。
7.根据权利要求1所述一种用于镁
8.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤S4中，优化搅拌摩擦加工的参数时，应确保不产生沟槽、严重飞边等宏观缺陷的基础上，利用力学性能测试对工艺参数进一步优化。
...【技术特征摘要】
1.一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤s1中，焊接前可通过金相砂纸及砂轮机对待焊区域进行打磨，去除氧化层。
3.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤s1中，有机溶剂可采用酒精、丙酮中的一种。
4.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤s2中，熔焊方法可采用钨极氩弧焊、熔化极气保焊、激光焊中的一种。
5.根据权利要求1所述一种用于镁合金的三明治结构焊缝构筑方法，其特征在于：在所述步骤s2中，焊丝可选择与母材相同成分的镁合金焊丝，采用纯度≥99.99％的高纯氩气或氦气作为保护气，对于厚度2mm以上的镁合金...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴森森，向家港，彭鑫，王婧薇，蒋月月，张丽萍，杨青山，彭鹏，戴庆伟，
申请(专利权)人：重庆科技大学，
类型：发明
国别省市：
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