基于鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝的制作方法

本發(fā)明屬于領(lǐng)域焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及鎂合金焊接工藝，特別是一種基于鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝。

背景技術(shù)：

鎂合金是目前國(guó)內(nèi)外正在積極開(kāi)發(fā)的一種輕量化材料，它具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度以及優(yōu)良的阻尼和電磁屏蔽等性能，在航空工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。我國(guó)鎂資源儲(chǔ)量居世界首位，有關(guān)鎂合金焊接工藝的研究對(duì)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步具有重要意義。

由于鎂合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，具有高熱導(dǎo)率、大膨脹系數(shù)和易氧化等特性，使得其在焊接過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)如下一些問(wèn)題:

1.由于焊縫及其附近區(qū)域組織過(guò)熱且晶粒粗大，而直接影響焊接接頭的力學(xué)性能。

2.焊件在冷卻過(guò)程中易產(chǎn)生大幅度的焊接變形，同時(shí)由于焊接接頭的剛性拘束度大，還易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。

3.焊縫在凝固過(guò)程中易形成氣孔，另外，混雜在熔融金屬中的氧化膜不易被排除，常導(dǎo)致焊接接頭處產(chǎn)生夾渣。

4.由于鎂合金易與其它金屬形成低熔點(diǎn)共晶體，常導(dǎo)致焊接接頭中形成結(jié)晶裂紋。

5.在焊接薄件時(shí),由于鎂合金熔點(diǎn)較低,而氧化鎂的熔點(diǎn)很高,兩者不易熔合,焊接操作時(shí)難以觀察焊縫的熔化過(guò)程；由于溫度在升高的過(guò)程中,熔池的顏色卻沒(méi)有顯著變化,極易產(chǎn)生燒穿和塌陷現(xiàn)象。

可靠的焊接工藝已成為影響鎂合金應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一，許多鎂合金焊件的失效，都是由于其接頭強(qiáng)度、塑性不夠，而最終導(dǎo)致斷裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝，通過(guò)從焊前至焊后冷卻這一過(guò)程給予鎂合金焊件以雙面氬氣保護(hù)，進(jìn)而獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝，它包括制作焊絲、裝夾焊件、坡口處理、焊前預(yù)熱、雙面氬氣保護(hù)、理化檢驗(yàn)、焊后熱處理七道工序。

上述鎂合金焊接工藝的具體步驟如下：

1)制作焊絲，以母材鎂合金為原材料制作焊絲，并用丙酮洗凈；

2)裝夾焊件，采用夾具固定待焊接的鎂合金工件；

3)坡口處理，打磨上述鎂合金工件的焊口、清除氧化膜，并用丙酮洗凈；

4)焊前預(yù)熱，對(duì)經(jīng)過(guò)打磨并洗凈后的鎂合金工件進(jìn)行焊前預(yù)熱，溫度350℃，時(shí)間1h；

5)雙面氬氣保護(hù)，在鎢極氬弧焊焊槍與背面氬氣保護(hù)裝置提前輸送氬氣保護(hù)待焊區(qū)域的狀態(tài)下，引燃電弧進(jìn)行焊接；在所述的鎢極氬弧焊焊槍收弧時(shí)，用事先準(zhǔn)備好的另一根鎢極在熔池中攪動(dòng)，待攪動(dòng)完成后，熄弧，確保焊件在氬氣保護(hù)下降溫冷卻；

6)理化檢驗(yàn)，對(duì)焊接后的鎂合金工件進(jìn)行理化檢驗(yàn)；

7)焊后熱處理，對(duì)理化檢測(cè)合格的鎂合金工件進(jìn)行焊后熱處理，溫度350℃，退火時(shí)間2h。

8)進(jìn)一步地，步驟5)中，焊接交流脈沖電流設(shè)定為100A，鎢極氬弧焊焊槍所輸送氬氣的流量為10ml/s，背面氬氣保護(hù)裝置所輸送氬氣的流量為5ml/s，所述鎢極的直徑為3mm。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.由于鎂合金焊接時(shí)易產(chǎn)生氫氣孔,氫在鎂中的溶解度也是隨溫度的降低而急劇減小，通過(guò)雙面氬氣保護(hù)可以有效地控制熔池溫度，進(jìn)而避免焊縫及近縫區(qū)易過(guò)熱、晶體長(zhǎng)大、結(jié)晶偏析等現(xiàn)象，最終提高接頭性能；同時(shí)，用鎢極攪動(dòng)熔池可加速氫氣揮發(fā)，進(jìn)而提高焊縫致密度、獲得高質(zhì)量焊縫。

2.由于鎂的氧化性極強(qiáng),在焊接過(guò)程中易同氧結(jié)合而形成MgO；然而，MgO熔點(diǎn)高(2500℃),密度大(3.2g/cm^-3),易在焊縫中形成細(xì)小的片狀固態(tài)夾渣,不僅嚴(yán)重阻礙焊縫成形,也導(dǎo)致焊縫性能降低；本發(fā)明中，由于鎢極對(duì)熔池的攪動(dòng)作用，使得MgO因遇冷粘附在鎢極上而被帶出，進(jìn)而可有效改善焊接質(zhì)量、降低裂紋產(chǎn)生的傾向。

總而言之，本發(fā)明可以有效改善焊接接頭的組織并提高接頭的力學(xué)性能，是對(duì)現(xiàn)有鎂合金焊接工藝的優(yōu)化；且其所用焊接設(shè)備比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低、靈活性大、可移動(dòng)性強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)操作、維護(hù)方便，具有較高的推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中焊接系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2為本發(fā)明中背面氬氣保護(hù)裝置的剖視圖。

圖3為本發(fā)明中背面氬氣保護(hù)裝置的俯視圖。

圖中：1-氬氣氣瓶，2-鎂合金工件，3-背面氬氣保護(hù)裝置，4-鎢極氬弧焊焊槍,5-交流脈沖焊機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝，它包括制作焊絲、裝夾焊件、坡口處理、焊前預(yù)熱、雙面氬氣保護(hù)、理化檢驗(yàn)、焊后熱處理七道工序。該鎂合金焊接工藝的焊接系統(tǒng)的組成如圖1所示，它包括鎂合金工件2、用于固定鎂合金工件2的夾具、背面氬氣保護(hù)裝置3、鎢極氬弧焊焊槍4、交流脈沖焊機(jī)5和兩個(gè)氬氣氣瓶1；所述的兩個(gè)氬氣氣瓶1分別用于向所述的鎢極氬弧焊焊槍4和背面氬氣保護(hù)裝置3輸送氬氣，所述的背面氬氣保護(hù)裝置3如圖2和圖3所示，其上設(shè)有用于輸送氬氣的通孔，且設(shè)于鎂合金工件2的下方。

本發(fā)明基于鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝的具體步驟如下：

1)以母材鎂合金為原材料制作焊絲，焊絲截面積為4×4mm2，長(zhǎng)度為150mm，并用丙酮洗凈；

2)采用夾具固定待焊接的鎂合金工件2；

3)打磨上述鎂合金工件2的焊口、清除氧化膜，并用丙酮洗凈；

4)對(duì)經(jīng)過(guò)打磨并洗凈后的鎂合金工件2進(jìn)行焊前預(yù)熱，溫度350℃，時(shí)間1h；

5)開(kāi)啟鎢極氬弧焊焊槍4和背面氬氣保護(hù)裝置3提前送氣保護(hù)待焊區(qū)域，然后引燃電??；焊接過(guò)程中，所述的鎢極氬弧焊焊槍與軸線方向呈30°夾角、由下自上螺旋上升進(jìn)行焊接；重復(fù)焊接過(guò)程直至補(bǔ)孔完成，在所述的鎢極氬弧焊焊槍收弧時(shí)，垂直提槍，隨后用事先準(zhǔn)備好的另一根鎢極在熔池中攪動(dòng)；待攪動(dòng)完成后，熄弧；鎢極氬弧焊焊槍4和背面氬氣保護(hù)裝置3滯后停氣，以確保焊件在氬氣保護(hù)下降溫冷卻；其中，焊接交流脈沖電流設(shè)定為100A，鎢極氬弧焊焊槍所輸送氬氣的流量為10ml/s，背面氬氣保護(hù)裝置所輸送氬氣的流量為5ml/s，所述鎢極的直徑為3mm。

6)理化檢驗(yàn)，對(duì)焊接后的鎂合金工件進(jìn)行理化檢驗(yàn)；

7)焊后熱處理，對(duì)理化檢驗(yàn)合格的鎂合金工件進(jìn)行焊后熱處理，溫度350℃，退火時(shí)間2h。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用雙面氬氣保護(hù)待焊區(qū)域以及在焊接過(guò)程中用鎢極攪動(dòng)熔池，實(shí)現(xiàn)了低成本、高質(zhì)量的鎂合金焊接，是對(duì)現(xiàn)有鎂合金焊接工藝的優(yōu)化與補(bǔ)充。

以上對(duì)本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。