マグネシウム合金のレーザー溶接の新しい戦略—西南交通大学のChen Hui教授のチーム: 発振レーザーとGd粉末の相乗効果により、マグネシウム合金レーザー溶接の可塑性が大幅に向上

抽象的な

溶接継手の機械的特性は、マグネシウム合金を部品製造に広く応用するために不可欠かつ重要な要素です。この研究では、レーザー-MIGハイブリッド溶接マグネシウム合金継手の延性に及ぼす発振レーザーとGd粉末添加の相乗効果を調査しました。さらに、結晶粒微細化と亀裂伝播挙動に基づいて延性向上メカニズムを解明しました。接合部の伸びは、非発振レーザー溶接と比較して 145.3 % 増加しました。発振レーザーの撹拌効果と高融点-点の析出相（Mg、Al）の凝集-₂Ｇｄにより結晶粒が微細化された。溶接部の塑性異方性は、均質な溶接微細構造によって引き起こされるランダム化された結晶粒配向により減少しました。したがって、〈c + a〉転位滑りが強化され、これが塑性向上の鍵となった。亀裂の伝播プロセス中に、結晶粒の方向が双晶によって回転し、隣接する結晶粒の幾何学的適合性が向上しました。その結果、粒界に沿った亀裂の伝播が効率的に妨げられました。本研究の成果は、発振レーザーの給電溶接技術の進歩に貢献するとともに、マグネシウム合金溶接継手の延性向上に貴重な参考となります。

図. 1. 発振レーザー-MIG ハイブリッド Gd パワー充填溶接プロセスの概略図。

表 2. 発振レーザー-MIG ハイブリッド Gd パワー充填溶接パラメータ。

新しい溶接の画期的な進歩によりマグネシウム合金の延性が大幅に向上

研究チームは、マグネシウム合金溶接の大幅な進歩を発表し、発振レーザー技術とガドリニウム（Gd）粉末の添加を組み合わせることで、レーザーとMIGのハイブリッド溶接継手の延性を劇的に向上できることを実証しました。

マグネシウム合金はその軽量特性で高く評価されていますが、溶接延性が低いため制限に直面することがよくあります。新しい研究は、関節の伸長が以下によって改善できることを示しています。145%従来の非発振レーザー溶接との比較-。

研究者らによると、この改善は次のような理由によるものです。結晶粒の微細化そして変化亀裂の伝播挙動。発振レーザーは撹拌効果を生み出し、同時に高い-融点-点の (Mg,Al)₂Gd の析出が微細構造の微細化に役立ちます。このプロセスは、粒子配向をランダム化することで塑性異方性を低減し、塑性向上の重要なメカニズムである臨界〈c + a〉転位滑り-の活性化を強化します。

さらに、亀裂の伝播中に、双晶化によって結晶粒の方向が回転し、隣接する結晶粒間の幾何学的適合性が高まります。これにより、亀裂が粒界に沿って進むのが効果的に妨げられます。

この研究結果は、粉末供給による振動-レーザー-溶接に関する新たな洞察を提供し、産業におけるマグネシウム合金部品の機械的性能を向上させるための有望な道筋を示しています。

溶接後、冶金分析、走査型電子顕微鏡 (SEM)、後方散乱電子回折 (EBSD)、透過型電子顕微鏡 (TEM)、および機械的特性分析用にサンプルが準備されました。試験片はまず金属組織サンドペーパーで研削され、研磨されてから、腐食性溶液で腐食されて溶接部の微細構造が検査されました。 EBSD サンプルは、それぞれ n- ブタノール メタノール過塩素酸塩を 6:34:60 の比率で含む溶液中で電解研磨されました。サンプルは、-20 度、電圧 25 V、電流 0.6 A で 25 秒間研磨されました。引張試験は、荷重速度 2.0 mm/min で実行され、結果は 3 つのサンプルの平均を計算することによって得られました。亀裂の伝播挙動を研究するために、片刃ノッチ引張 (SENT) 試験片が選択され、溶接部に特定のノッチ先端が加工されました。

3. 結果