摘要：在镁合金工业化运用历程中，焊接接头质量是关键不足之一。论文探讨镁稀土合金NZ30K与激光的相互作用机理；在非线性、大的温度梯度、快速加热冷却条件下，激光工艺参数对焊缝成形影响和对激光焊接接头组织的影响及变化规律；探讨焊接接头焊接态，热处理态组织与性能之间对应联系，探讨其机理。探讨成果不但具有重要的论述作用，同时解决了稀土镁合金保证焊接质量的技术难题，为工业化生产和运用提供了技术支撑。本论文探讨了CO_2激光与镁稀土合金NZ30K的相互作用机理，计算NZ30K合金表面对于入射激光的吸收率。利用光谱仪及高速摄影机采集并观察焊接历程中等离子体的谱线信号及等离子体形态，估算等离子体温度，浅析镁稀土合金焊接历程中等离子体的特性。试验结果表明，常温下镁稀土合金对于入射CO_2激光的吸收率为0.036。利用高的激光功率，对镁合金表面进行毛化处理可以增加镁稀土合金NZ30K对于CO_2激光的吸收率。侧吹保护气体氦气流量对于激光等离子体的影响显著。对于内径6mm的侧吹气体喷嘴，等离子体温度随侧吹气体流量增加呈现先减少后增加的走势，当气体流量30L/min时，对等离子体的冷却效果最好。探讨了多个焊接参数（激光功率、焊接速度、离焦量等）对镁稀土合金焊接成形的影响。镁稀土合金NZ30K激光焊接历程中当热输入量过大时会在焊缝中心位置产生热裂纹。10mm镁稀土合金板材在实验条件下当热输入量超过160J/mm时则产生热裂纹。热裂纹主要是由镁稀土合金中在晶界偏聚的低熔点脆性物Mg12Nd和激光焊接时焊缝受到的拉应力共同作用引起的。采取高功率CO_2激光器通过合适的工艺参数焊接能够实现镁稀土合金NZ30K的良好连接，焊接接头表面成形连续致密，没有裂纹、气孔等缺陷。利用OM、SEM、TEM等手段浅析镁稀土合金NZ30K激光焊接接头的微观组织并测试了接头的力学性能。揭示镁稀土合金激光焊接工艺参数、焊接接头组织及力学性能之间的对应联系。焊缝组织由大量细小等轴晶组成，晶界处主要为Mg12Nd，焊接接头无显著的软化区有着。当热输入量为84J/mm时焊缝强度达到母材强度的80%。未熔透和气孔是导致焊缝抗拉强度降低的主要理由。热处理对于镁稀土合金NZ30K激光焊接接头组织和性能具有重要的影响。采取不同的工艺参数对得到的焊缝组织进行热处理，利用透射电镜观察探讨焊缝典型时效处理后的组织，并对不同热处理后的焊接接头力学性能进行测试，揭示焊缝中稀土析出相的时效析出历程及对焊接接头的强化机制。采取论述计算和实验结果相结合的策略探讨了不同形貌析出物对于NZ30K激光焊接焊缝组织强化作用的大小。通过实验发现，焊缝时效处理后组织中有大量不同形貌的析出物。镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝时效沉淀析出历程应为Mg(SSSS)→G.P.区→β″(DO_(19))→β′(fcc)。β″与基体形成共格界面，而β′与基体形成半共格界面。通过论述计算得到焊缝组织时效之后不同形貌析出物导致的强化作用的大小，它们的比值为△τ棱：△τ杆：△τ球：△τ片=3.57：3.14：1.86：1。对于镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝组织，在较高的析出相体积分数下，垂直于基面的棱柱面片状析出相的强化效果最好，而平行于基面的片状析出相强化效果最弱。析出物强化对于热处理后焊接接头强度的增加起主要作用，在200℃时效8小时后接头强度达到最大，抗拉强度可达273MPa，比未热处理的焊接接头强度增加了70%。采取浸泡腐蚀和电化学测试策略探讨不同状态下的镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝组织的腐蚀性能，浅析产生不同腐蚀速率的理由，建立NZ30K焊缝腐蚀机理模型，揭示稀土元素在提升NZ30K激光焊接焊缝组织耐蚀性能中的作用。实验结果表明，焊缝耐腐蚀性能优于母材的耐腐蚀性能。焊缝组织固溶处理和时效处理之后的耐腐蚀性能比未热处理的焊缝组织耐腐蚀性能好。镁稀土合金NZ30K激光焊接焊缝组织中由于稀土元素Nd的有着，增加了α-Mg相的耐蚀能力，同时由于焊缝组织中包含大量细小的等轴晶，晶界处连续分布的Mg12Nd相可以阻碍腐蚀历程的进行，降低整个焊缝组织的腐蚀速度。关键词：镁合金论文激光焊接论文时效析出论文微观组织论文腐蚀性能论文NZ30K论文
摘要3-6
ABSTRACT6-12
第一章 绪论12-35
1.1 课题的探讨背景及作用12-13
1.2 镁合金的激光焊接探讨近况13-26
1.2.1 镁合金焊接主要不足13
1.2.2 镁合金激光焊接13-26
1.3 镁合金及其焊接接头热处理26-29
1.4 镁合金及其焊接接头腐蚀性能29-33
1.5 探讨内容33-35
第二章 实验材料及策略35-41
2.1 实验材料35
2.2 实验策略及设备35-37
2.2.1 激光焊接设备及热处理35-36
2.2.2 高速摄像及光谱仪36-37
2.3 显微组织测试37-39
2.3.1 金相观察37
2.3.2 物相浅析37
2.3.3 扫描电镜组织及断口观察37-38
2.3.4 透射电镜组织浅析38-39
2.4 性能测试设备及策略39-40
2.4.1 硬度测试39
2.4.2 拉伸性能39-40
2.4.3 腐蚀性能40
2.5 本章小结40-41
第三章 NZ30K 激光焊接工艺探讨41-67
3.1 高功率激光与镁合金相互作用41-53
3.1.1 镁合金对激光的反射和吸收42-44
3.1.2 镁稀土合金激光焊接等离子体浅析44-53
3.2 工艺参数对焊缝成形的影响53-59
3.2.1 激光功率对焊缝成形的影响53-55
3.2.2 焊接速度对焊缝成形的影响55
3.2.3 激光离焦量对焊缝成形的影响55-57
3.2.4 侧吹气体流量对焊缝成形的影响57
3.2.5 背面保护气体流量对焊缝成形的影响57-58
3.2.6 热输入量相同情况下焊缝成形58-59
3.3 影响焊接熔深的主要工艺因素59-61
3.4 焊缝热裂纹的产生及防止61-65
3.4.1 焊缝裂纹实验结果61-62
3.4.2 焊缝裂纹产生机理浅析62-65
3.5 本章小结65-67
第四章 NZ30K 激光焊接接头组织及力学性能浅析67-89
4.1 激光焊接接头组织67-76
4.1.1 激光焊接接头组织特点67-74
4.1.2 焊缝元素分布74-76
4.2 激光焊接接头力学性能76-78
4.2.1 激光焊接接头拉伸性能76-77
4.2.2 激光焊接接头硬度77-78
4.3 热输入对于接头组织及性能的影响78-83
4.3.1 热输入量对于接头组织的影响79-82
4.3.2 热输入量对于接头性能的影响82-83
4.4 镁稀土合金与常规镁合金焊接比较浅析83-87
4.4.1 焊接接头组织比较84-86
4.4.2 焊接历程等离子体比较86-87
4.5 本章小结87-89
第五章 热处理对 NZ30K 激光焊接接头组织及性能的影响89-118
5.1 固溶处理和时效处理89-92
5.2 热处理接头组织92-93
5.3 时效析出浅析93-105
5.3.1 200℃时效析出浅析93-101
5.3.2 225℃时效析出浅析101-103
5.3.3 析出相体积分数统计103-105
5.4 实验结果讨论105-116
5.4.1 析出相与基体的界面原子排列及形核率105-110
5.4.2 析出相强化效果论述计算及实验结果110-116
5.5 本章小结116-118
第六章 NZ30K 激光焊接接头腐蚀性能118-136
6.1 浸泡腐蚀试验结果及浅析118-125
6.1.1 浸泡腐蚀试验结果118-119
6.1.2 试样浸泡腐蚀形貌及腐蚀产物119-125
6.2 电化学腐蚀测试结果125-127
6.3 NZ30K 激光焊接焊缝组织腐蚀机理及稀土元素的影响127-135
6.3.1 NZ30K 合金腐蚀热力学及动力学127-131
6.3.2 焊缝组织中α-Mg 腐蚀界面模型及稀土的影响131-133
6.3.3 焊缝组织中 Mg12Nd 腐蚀界面模型及稀土的影响133-135
6.4 本章小结135-136
第七章 结论及革新点136-139
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