激光焊接样品图片
长三角G60激光联盟导读
据悉，斯洛伐克理工大学和贝尔格莱德大学研究人员研究了激光功率对AZ31B镁合金焊接接头组织和力学性能的影响。该研究以“Microstructure – Properties relationship in laser-welded AZ31B magnesium alloy”为题发表在《Materials Characterization》上。
本研究采用三种不同（1.2、1.6 和 2 kW）的激光输出功率对AZ31B镁合金进行激光焊接。所有焊接接头几乎都没有缺陷。焊接接头的尺寸随着激光输出功率的增加而略有增大。焊接金属由焊接金属/母材金属界面上的α相柱状晶粒形成，但在熔合区中心形成了精细的等轴晶粒微观结构。次相为Mg17Al12和(Al,Mg)8Mn5。随着激光输出功率的降低，焊接金属的微观结构明显细化。微观结构的变化反映在力学性能的变化上；以最低激光输出功率制备的焊接接头具有最高的显微硬度、极限抗拉强度和屈服强度，接头效率几乎达到 90%。这与不同程度的强化机制有关，这些机制在1.2 kW激光输出功率下的焊接接头中最有效地起作用。对断口表面的详细分析证实，较低的激光输出功率和一般的微结构细化有利于形成塑性变形材料，这与屈服强度的实验测定值和计算值非常吻合。
关键词：激光焊接；AZ31B 镁合金；微观结构；力学性能；强化机理
图 1.本研究中AZ31B合金激光焊接的实验装置。
图 2.整个激光焊接材料的显微硬度测量示意图。
图 3.拉伸试样图。
图 4.光学显微照片，显示使用(a-b) 2.0 kW， (c-d) 1.6 kW， (e-f) 1.2 kW激光功率产生的焊珠（图a、c、e）和焊根（图b、d、f）。
图 5.激光功率对顶部和根部焊缝宽度的影响。
图 6.在 a) 2.0 kW；b) 1.6 kW；c) 1.2 kW 激光功率下焊接接头横截面光学显微照片。BM：母材；WM：焊接金属；HAZ：热影响区（在低倍放大镜下几乎看不见）。
图 7.不同焊接样品的焊缝内部气孔率。
图 8.显示母材微观结构的光学显微照片。
图 9.光学显微照片，显示在1.2 kW (a)、1.6 kW (c)和2kw (e)条件下焊接的 BM-WM 界面，以及在1.2 kW (b)、1.6 kW (d)和2kw (f)条件下相同焊缝的熔合区中心。
图 10.背散射电子(BSE)显微照片，显示在1.2 kW (a)、1.6 kW (c)和2 kW (e)下焊接的 BM-WM 界面，以及在1.2 kW (b)、1.6 kW (d)和2 kW (f)下相同焊缝的熔合区中心。
图 11.柱状枝晶分解(枝晶增殖)机理示意图。
图 16.不同输出功率值下激光焊接接头的典型显微硬度曲线。
图 17.在输出功率为(a) 1.2 kW， (b) 1.6 kW， (c) 2 kW的情况下，对焊接接头进行拉伸测试后的断口表面的典型SEM图像。
图 18.在输出功率为 (a) 1.2 kW、(b) 1.6 kW 和 (c) 2 kW下对焊接接头进行拉伸试验后的断口表面进行了详细的SEM图像显示。
图 19.实验测定的屈服强度值与计算值的比较。
本研究探讨了激光束功率对AZ31B镁合金焊接接头微观结构和力学性能的影响。可以得出以下主要结论：
1、所有在1.2-2 kW 激光输出功率范围内产生的焊接接头几乎都没有缺陷。
2、焊接接头的微观结构包含垂直于熔合区-母材金属界面的柱状晶粒和焊缝接头中心的等轴晶粒。 次相为Mg17Al12，但焊点中也含有不同的纳米级析出物，如Mg17Al12或(Al,Mg)8Mn5。
3、与母材相比，焊接后获得的微观结构更加细化。随着激光输出功率的降低，微观结构的细化程度也会增加。
4、与母材相比，焊接接头的显微硬度值升高。使用最低的激光输出功率可以获得最高的显微硬度（83 HV 0.1）。
5、焊缝接头的极限抗拉强度低于母材；1.2kW激光输出功率产生的数值最高。使用更高的激光输出功率会导致极限抗拉强度降低。屈服强度也是如此。获得的屈服强度值与计算值非常一致，最大差值为12%。这表明力学性能的测量值几乎不受焊接接头缺陷的影响，仅代表焊接材料。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113664
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