基於鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝的製作方法

2023-10-08 21:14:49 1

本發明屬於領域焊接技術領域，涉及鎂合金焊接工藝，特別是一種基於鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝。

背景技術：

鎂合金是目前國內外正在積極開發的一種輕量化材料，它具有低密度、高比強度、高比剛度以及優良的阻尼和電磁屏蔽等性能，在航空工業、汽車工業等領域有著巨大的應用潛力。我國鎂資源儲量居世界首位，有關鎂合金焊接工藝的研究對我國工業的發展與進步具有重要意義。

由於鎂合金的化學性質活潑，具有高熱導率、大膨脹係數和易氧化等特性，使得其在焊接過程中常會出現如下一些問題:

1.由於焊縫及其附近區域組織過熱且晶粒粗大，而直接影響焊接接頭的力學性能。

2.焊件在冷卻過程中易產生大幅度的焊接變形，同時由於焊接接頭的剛性拘束度大，還易產生較大的熱應力。

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

4.由於鎂合金易與其它金屬形成低熔點共晶體，常導致焊接接頭中形成結晶裂紋。

5.在焊接薄件時,由於鎂合金熔點較低,而氧化鎂的熔點很高,兩者不易熔合,焊接操作時難以觀察焊縫的熔化過程；由於溫度在升高的過程中,熔池的顏色卻沒有顯著變化,極易產生燒穿和塌陷現象。

可靠的焊接工藝已成為影響鎂合金應用的關鍵技術之一，許多鎂合金焊件的失效，都是由於其接頭強度、塑性不夠，而最終導致斷裂。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對上述現有技術中的不足，提供一種基於鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝，通過從焊前至焊後冷卻這一過程給予鎂合金焊件以雙面氬氣保護，進而獲得高質量的焊接接頭。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：

一種基於鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝，它包括製作焊絲、裝夾焊件、坡口處理、焊前預熱、雙面氬氣保護、理化檢驗、焊後熱處理七道工序。

上述鎂合金焊接工藝的具體步驟如下：

1)製作焊絲，以母材鎂合金為原材料製作焊絲，並用丙酮洗淨；

2)裝夾焊件，採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，並用丙酮洗淨；

4)焊前預熱，對經過打磨並洗淨後的鎂合金工件進行焊前預熱，溫度350℃，時間1h；

5)雙面氬氣保護，在鎢極氬弧焊焊槍與背面氬氣保護裝置提前輸送氬氣保護待焊區域的狀態下，引燃電弧進行焊接；在所述的鎢極氬弧焊焊槍收弧時，用事先準備好的另一根鎢極在熔池中攪動，待攪動完成後，熄弧，確保焊件在氬氣保護下降溫冷卻；

6)理化檢驗，對焊接後的鎂合金工件進行理化檢驗；

7)焊後熱處理，對理化檢測合格的鎂合金工件進行焊後熱處理，溫度350℃，退火時間2h。

8)進一步地，步驟5)中，焊接交流脈衝電流設定為100A，鎢極氬弧焊焊槍所輸送氬氣的流量為10ml/s，背面氬氣保護裝置所輸送氬氣的流量為5ml/s，所述鎢極的直徑為3mm。

本發明的有益效果在於：

1.由於鎂合金焊接時易產生氫氣孔,氫在鎂中的溶解度也是隨溫度的降低而急劇減小，通過雙面氬氣保護可以有效地控制熔池溫度，進而避免焊縫及近縫區易過熱、晶體長大、結晶偏析等現象，最終提高接頭性能；同時，用鎢極攪動熔池可加速氫氣揮發，進而提高焊縫緻密度、獲得高質量焊縫。

2.由於鎂的氧化性極強,在焊接過程中易同氧結合而形成MgO；然而，MgO熔點高(2500℃),密度大(3.2g/cm-3),易在焊縫中形成細小的片狀固態夾渣,不僅嚴重阻礙焊縫成形,也導致焊縫性能降低；本發明中，由於鎢極對熔池的攪動作用，使得MgO因遇冷粘附在鎢極上而被帶出，進而可有效改善焊接質量、降低裂紋產生的傾向。

總而言之，本發明可以有效改善焊接接頭的組織並提高接頭的力學性能，是對現有鎂合金焊接工藝的優化；且其所用焊接設備比較簡單，運行成本低、靈活性大、可移動性強，便於現場操作、維護方便，具有較高的推廣價值。

附圖說明

圖1為本發明實施例中焊接系統的組成示意圖。

圖2為本發明中背面氬氣保護裝置的剖視圖。

圖3為本發明中背面氬氣保護裝置的俯視圖。

圖中：1-氬氣氣瓶，2-鎂合金工件，3-背面氬氣保護裝置，4-鎢極氬弧焊焊槍,5-交流脈衝焊機。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。

本發明公開了一種基於鎢極氬弧焊的鎂合金焊接工藝，它包括製作焊絲、裝夾焊件、坡口處理、焊前預熱、雙面氬氣保護、理化檢驗、焊後熱處理七道工序。該鎂合金焊接工藝的焊接系統的組成如圖1所示，它包括鎂合金工件2、用於固定鎂合金工件2的夾具、背面氬氣保護裝置3、鎢極氬弧焊焊槍4、交流脈衝焊機5和兩個氬氣氣瓶1；所述的兩個氬氣氣瓶1分別用於向所述的鎢極氬弧焊焊槍4和背面氬氣保護裝置3輸送氬氣，所述的背面氬氣保護裝置3如圖2和圖3所示，其上設有用於輸送氬氣的通孔，且設於鎂合金工件2的下方。

本發明基於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製作焊絲，焊絲截面積為4×4mm2，長度為150mm，並用丙酮洗淨；

2)採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，並用丙酮洗淨；

4)對經過打磨並洗淨後的鎂合金工件2進行焊前預熱，溫度350℃，時間1h；

5)開啟鎢極氬弧焊焊槍4和背面氬氣保護裝置3提前送氣保護待焊區域，然後引燃電弧；焊接過程中，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行焊接；重複焊接過程直至補孔完成，在所述的鎢極氬弧焊焊槍收弧時，垂直提槍，隨後用事先準備好的另一根鎢極在熔池中攪動；待攪動完成後，熄弧；鎢極氬弧焊焊槍4和背面氬氣保護裝置3滯後停氣，以確保焊件在氬氣保護下降溫冷卻；其中，焊接交流脈衝電流設定為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，對焊接後的鎂合金工件進行理化檢驗；

7)焊後熱處理，對理化檢驗合格的鎂合金工件進行焊後熱處理，溫度350℃，退火時間2h。

本發明的創新點在於採用雙面氬氣保護待焊區域以及在焊接過程中用鎢極攪動熔池，實現了低成本、高質量的鎂合金焊接，是對現有鎂合金焊接工藝的優化與補充。

以上對本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。