一種同步噴丸鎂合金焊接裝置及方法與流程

本發(fā)明屬于焊接工藝領域，具體涉及一種同步噴丸鎂合金焊接裝置及方法。
背景技術：
：焊接技術是鎂合金產品制造的關鍵加工技術，但鎂合金焊接性能不好，很難實現可靠連接。為此鎂合金結構件以及鎂合金與其它材料結構件之間的連接，成為制約鎂合金應用的技術瓶頸和亟待解決的關鍵技術之一。鎂合金焊接接頭的可靠性已成為其應用的迫切問題，目前鎂合金正在應用于眾多承力結構件的制造，如汽車制造業(yè)中鎂合金方向盤骨架、動力系統(tǒng)自動變速箱、油底、鎂合金管材汽車底盤等。這些承力結構件的焊接接頭強度、塑性及疲勞性能等問題是產品安全可靠性的最基本而又最重要的評價指標。資料表明，在鎂合金焊接結構的失效中，許多事故是由于焊接接頭的斷裂造成的。在實際工程應用中，許多焊接結構都是在交變的動載荷下服役的，此時如果僅僅考慮焊接接頭的靜載抗拉強度或屈服強度，那么焊接結構很容易在正常服役期間就發(fā)生失效斷裂，引起較大的工程事故，所以在結構設計時必須充分考慮焊接接頭在交變載荷下的疲勞強度性能，而對于鎂合金焊接結構而言，疲勞斷裂也是其失效的一種主要形式，由疲勞裂紋引起的焊接結構失效斷裂事故占總斷裂事故的80%以上。鎂合金焊接結構在工程應用中會受到各種振動、脈動載荷或交變載荷的作用，這些載荷對其使用的安全性和工作壽命的威脅極大，會引起結構的疲勞裂紋形核和微裂紋擴展，特別是鎂合金熔焊接頭。在鎂合金焊接技術中，解決其焊接接頭強韌性，是確保鎂合金焊接結構應用的一個必要條件。目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段來消除或減弱鎂合金焊接接頭的上述缺點，但是這些方法對上述問題的解決能力非常有限。由于鎂合金具有高導熱率、大膨脹系數、更低的熔點和沸點等特性，使得在鎂合金焊縫及近縫區(qū)易產生過熱組織且晶粒粗大，這種粗大晶粒會直接影響接頭的力學性能，鎂還能與空氣中的氮氣強烈化合形成脆性氮化物，降低接頭的力學性能。技術實現要素：為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種同步噴丸鎂合金焊接裝置及方法。本發(fā)明的技術方案為：一種同步噴丸鎂合金焊接裝置，包括送板滾輪組、焊槍、噴丸裝置、焊接平臺、整形滾輪組，送板滾輪組與整形滾輪組之間設置有焊接平臺，焊接平臺上設置有待焊接的鎂合金板材，噴丸裝置設置在鎂合金板材的上方，噴丸裝置設置在距離焊槍的右側150-200mm位置處。進一步地，所述噴丸裝置中的鋼丸直徑為1.0mm。進一步地，所述噴丸裝置的噴嘴到焊縫表面的距離為10-15mm。進一步地，所述噴丸裝置的工作壓力為0.2-0.4mpa。一種同步噴丸鎂合金焊接方法，其特征在于：焊接過程中，焊接、噴丸同步進行。進一步地，所述焊接的速度與噴丸運動速度均設置為3-6mm/s。進一步地，整形滾輪組對已經噴丸后的焊縫進行壓制整形。進一步地，所述整形滾輪組施加壓力為180mpa。本發(fā)明的有益效果為：（1）同步噴丸工藝，可以在一定程度上消除外形的不連續(xù)性和應力集中現象，實現焊縫向母材平緩過渡；（2）同步噴丸工藝，在鎂合金焊接接頭產生較大塑性變形，細化接頭表面晶粒，在接頭橫截面方向形成上表面細晶粒密度大，中間密度小的梯度組織；提高了表面硬度，同步噴丸后表面硬度是母材的1.3倍；（3）同步噴丸工藝可以使收縮的鎂合金焊縫金屬獲得延展，可以校正變形并調節(jié)內應力的分布，可以減弱或消除焊接殘余應力；（4）同步噴丸工藝可以減弱或消除氣孔和微裂紋等缺陷；（5）同步噴丸后，鎂合金焊接接頭處產生較大壓應力。附圖說明圖1為一種同步噴丸鎂合金焊接裝置的結構示意圖。圖2為經同步噴丸處理后和未經同步噴丸處理的鎂合金焊接接頭的金相組織對比圖片。圖3為母材、焊接接頭、經同步噴丸裝置處理的焊接接頭的力學性能曲線圖譜。具體實施方式為了能更好的了解本發(fā)明的技術特征、技術內容及其達到的技術效果，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本實施例不構成對本發(fā)明的限制。如圖1所示，一種同步噴丸鎂合金焊接裝置，包括送板滾輪組1、焊槍2、噴丸裝置3、焊接平臺4、整形滾輪組5。送板滾輪組1的上下兩個送板滾輪正對設置，鎂合金板材通過送板滾輪組1將鎂合金板材送入焊接通道；整形滾輪組5的上下兩個整形滾輪亦正對設置，整形滾輪組1將焊接后的鎂合金板材移出焊接通道。送板滾輪組1與整形滾輪組5之間為焊接區(qū)域，焊接區(qū)域內設置有焊接平臺4，焊接平臺4上設置有待焊接的鎂合金板材。試驗采用tps4000數字化氬弧焊/釬焊多功能焊接設備進行手工焊接，tps4000數字化氬弧焊/釬焊多功能焊接設備連接有焊槍2，焊槍2內設置有鎢極和焊絲，鎢極端部用砂輪打磨成半球形，其直徑為2.5mm，焊槍2的噴嘴直徑設為7mm，電弧高度設為4mm。焊槍2設置在鎂合金板材的上方。在距離焊槍2的右側150-200mm位置處設置有噴丸裝置4，噴丸裝置3中的鋼丸直徑為1.0mm，噴丸裝置3的噴嘴到焊縫表面的距離為10-15mm，噴丸裝置3的工作壓力為0.2-0.4mpa。本發(fā)明提供了一種同步噴丸鎂合金焊接方法，具體包括如下4個步驟：（1）母材的選擇母材選用mg-al系az31鎂合金板材，母材尺寸設置為2000mm×600mm×2mm，本發(fā)明適合處理母材的厚度在2-4mm。母材的主要化學成分及力學性能見表1和表2：表1az31鎂合金的化學成分（wt.%）alznmnsifecunimg3.380.880.480.010.00270.00150.0005bal.表2az31鎂合金的力學性能屈服強度σ0.2/mpa抗拉強度σb/mpa伸長率δ/%硬度hv125.8212.51838（2）焊接前的準備用上述尺寸相同的2塊母材組成1副對接焊試板，焊接試板開60°的v型坡口，根部間隙控制在3～4mm。用丙酮清除試板表面的油污，將焊接區(qū)域20-30mm以內用砂紙打磨至露出金屬光澤，坡口面經刮削清除氧化膜，保證在焊接開始前的待焊區(qū)域沒有污染物。（3）焊接、噴丸同步進行由送板滾輪組1將對接焊試板送入焊接通道，然后采用鎢極氬弧焊接方法對接焊，啟動噴丸裝置3，對已經焊接完成的焊縫進行噴丸處理，在焊接過程中，保持焊接、噴丸同步進行。其中，焊接速度與噴丸運動速度設置為3-6mm/s。噴丸對已凝固成型的焊縫進行大尺度塑性變形，對鎂合金焊縫表面起到硬化作用，進一步細化了焊接接頭表面組織，提高了鎂合金焊縫的力學性能。（4）壓制整形整形滾輪組5對已經噴丸后的焊縫進行壓制整形，整形滾輪組5施加壓力180mpa，進一步提高焊縫外觀質量和力學性能。如圖2所示，其中(a)為同步噴丸處理后的鎂合金焊接接頭的金相組織圖片，(b)為未經同步噴丸處理后的鎂合金焊接接頭的金相組織圖片。同步噴丸處理后的鎂合金焊接接頭焊縫區(qū)晶粒細小，依然保持著等軸晶形貌。在近表面處，存在一定的位錯線，并且有些部位也出現了位錯纏繞現象。焊縫表面細晶粒密度較大，體積分數基本飽和，小晶粒呈類似于長條狀排列。由表面到中間層表現出梯度組織。圖3母材、焊接接頭、同步噴丸處理的焊接接頭的力學性能曲線圖譜，同步噴丸處理后的焊接接頭的抗拉強度可達208.7mpa，az31鎂合金（無焊縫）母材的抗拉強度實測結果為212.5mpa，說明焊接接頭經同步噴丸處理，抗拉強度已達到母材金屬的98.2%。而焊態(tài)接頭的抗拉強度通常在150～180mpa之間，僅有母材金屬抗拉強度的70%～84%。因此可以認為焊后同步噴丸處理的接頭強度已接近于母材金屬的強度水平，接頭強度具有明顯的改善作用。鎂合金接頭表面硬度也提高至49hv，主要是由于同步噴丸工藝對表面產生硬化作用。噴丸過程中高溫動態(tài)塑性變形促進非平衡凝固焊接接頭組織內部強化相的彌散析出及焊接接頭過飽和合金元素均勻化擴散，使鎂合金焊接接頭的強度和塑性均優(yōu)于未處理的焊態(tài)接頭，接近母材性能。本發(fā)明同樣適合鋁合金板材的焊接。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，不用于限制本發(fā)明，本領域技術人員可以在本發(fā)明的實質和保護范圍內，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明技術方案的保護范圍內。當前第1頁12