《壓鑄鎂合金熔化焊接氣孔的形成機理》是依託重慶大學，由游國強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：壓鑄鎂合金熔化焊接氣孔的形成機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：游國強
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對壓鑄鎂合金熔化焊接多氣孔的問題，採用不同的熔化焊接方法（如GTAW、LW），對不同牌號壓鑄鎂合金進行焊接試驗，通過焊接過程的數值模擬與相關機理分析，研究氣孔的形成原因、分布規律及影響因素，並構建滿足氣孔形成條件的動力學和熱力學模型。具體研究內容包括：① 母材狀態及成分對焊縫氣孔形成原因、分布狀況的影響及相關機理。② 焊接方法及工藝規範對焊縫氣孔形成原因、分布狀況的影響及相關機理。③ 外加合金元素對焊縫氣孔形成原因、分布狀況的影響及相關機理。④ 焊接過程的有限元模擬及模擬結果的數值分析。⑤ 採用分子模擬軟體Masterials Stiduo模擬液-固-氣三相耦合非等溫條件下氣體分子產生、集聚、長大。⑥ 滿足氣孔形核及長大的動力學與熱力學模型的建立。研究成果可為實現壓鑄鎂合金的低氣孔率焊接技術提供理論指導，對拓展壓鑄鎂合金的工程套用具有十分重要的意義。
結題摘要
當前工程套用中90%以上鎂合金件是壓鑄件，其鑄造缺陷修復和連線都難免需要焊接，但壓鑄鎂合金熔化焊接氣孔問題突出，成為工程套用中的一大難題。 近年來國內外對於壓鑄鎂合金焊接的研究較少，尤其對壓鑄鎂合金熔焊氣孔問題的研究報導更少，相關理論缺乏，工程實踐幾乎處於空白。本項目通過實驗研究、數值模擬及理論分析相結合的方式，深入研究壓鑄鎂合金熔焊氣孔的形成機理，探索氣孔的減少消除方法，研究成果有利於豐富鎂合金熔焊氣孔的科學認識，為實現壓鑄鎂合金低氣孔率焊接提供理論和實踐支撐，科學意義和工程價值顯著。項目主要取得了如下兩方面研究成果：首先，探明了壓鑄鎂合金熔焊氣孔的形成機理（知識貢獻）：1、氣孔主要遺傳於母材中的預存氣體；預存氣體主要是氫和氮，前者主要來自於鎂熔體在工藝過程中的吸氫，後者主要來自於壓鑄過程中的卷氣。2、焊縫氣孔率和氣孔尺寸隨焊接熱源熱輸入量增加而增加，但非線性增加。其機理是：熱輸入增加，母材熔化量增加，母材中被釋放的氣體量隨之增加；母材中含氣缺陷非均勻分布，近表面少，心部多，因此當熱輸入較小，熔深僅達近表面時，氣孔率隨熱輸入增加的趨勢相對較小，當熱輸入增大，熔深達母材心部時，被釋放的氣體驟然增加，導致氣孔率快速增加。3、氣孔分為微觀氣孔（小於200um），呈近球形，內壁光滑，大多分布於焊縫上部，主要為氫致氣孔；巨觀氣孔（大於200um），多呈蠕蟲狀，往往為多個氣孔合併而成，多分布於焊縫中下部，熔合線附近，主要為氮致氣孔。4、氫致氣孔為析出型氣孔，其形成經歷了形核、長大、上浮、滯留幾個過程；氮致氣孔為預存氣孔，無需形核，其除了有上浮與滯留行為外，還受膨脹和合併行為影響；在熔合線附近氣孔由於處於固液共存的類糊狀環境，上浮受阻，滯留數量較多，膨脹與合併充分，導致氣孔尺寸異常增大。其次，探索了兩種減少壓鑄鎂合金熔焊氣孔的方法（工程貢獻）：1、焊接過程中，向熔池添加富Nd混合稀土、Zr元素，能明顯降低焊縫氣孔率，其機理主要在於添加元素與H發生了反應，生成固態氫化物，顯著降低了氫致氣孔，但不能與N發生類似反應，不能降低氮致氣孔。2、焊接過程中，對熔池施加介入式機械擾動，能顯著降低焊縫氣孔率，主要機理是增強了熔池規律性流動，促進了氣泡上浮。
