鎂合金TIG焊接工藝及發(fā)展方向

1、鎂合金鎂合金TIGTIG焊接工藝及發(fā)展焊接工藝及發(fā)展方向方向答辯人：答辯人：專專 業(yè)：業(yè)：導(dǎo)導(dǎo) 師：師：日日 期：期：鎂合金鎂合金TIGTIG焊接工藝及發(fā)展方向焊接工藝及發(fā)展方向l一一 前言前言l二二 鎂合金鎂合金的的焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn)l三三 鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法l四四 TIG TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用l五五 鎂合金鎂合金焊接研究焊接研究中的熱點(diǎn)問題中的熱點(diǎn)問題l六六 總結(jié)總結(jié)前前 言言鎂合金基本介紹鎂合金基本介紹 鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬材料最輕的金屬材料，具有密度低密度低、比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高、比剛度高比剛度高、減減震性高震性高、易加工易加工、易

2、回收易回收、資源豐富資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的“綠色”工程材料，在汽車材料、航空航天、軍工、電子通訊、光學(xué)儀器、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著普遍應(yīng)用和很大發(fā)展。 前前 言言年 代鎂合金發(fā)展及應(yīng)用情況1808年英國化學(xué)家H.Davy在實(shí)驗(yàn)室制得鎂1927年高強(qiáng)度鎂合金MgAl9Zn1（AZ91）誕生1930年德國Alder工廠將鎂合金用于汽車制造1935年 蘇聯(lián)飛機(jī)設(shè)計師將鎂合金用于飛機(jī)制造20世紀(jì)80年代開發(fā)出高純度壓鑄鎂合金AZ91D1996年 鎂合金用于攝錄機(jī)殼和筆記本電腦外殼20世紀(jì)90年代鎂合金開始在“3C”類產(chǎn)品上大量應(yīng)用前前 言言鎂合金車輪鎂合金車輪前前 言言鎂合金制成的單

3、反機(jī)身鎂合金制成的單反機(jī)身前前 言言 粗晶粗晶 鎂的熱導(dǎo)率高， 焊接時常采用大功率焊接熱源。因而焊縫及熱影響區(qū)金屬易產(chǎn)生過熱、晶粒長大現(xiàn)象， 尤其是熱影響區(qū)更為嚴(yán)重。鎂合金鎂合金的的焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn)圖為鎂合金圖為鎂合金zk60粗晶金相圖粗晶金相圖 氧化與蒸發(fā)氧化與蒸發(fā) 鎂易與氧結(jié)合，在鎂合金表面生成MgO薄膜，該薄膜會阻礙焊縫成形。在焊接高溫下，鎂易劇烈氧化和蒸發(fā)(沸點(diǎn)1100)。MgO熔點(diǎn)高，密度大，易形成細(xì)小片狀固態(tài)夾雜和氫氣孔。 裂紋與熱應(yīng)力裂紋與熱應(yīng)力 鎂合金熱膨脹系數(shù)較大，鎂液膨脹會受到壓縮應(yīng)力，當(dāng)熔池凝固時，由于體積收縮，會受到拉伸應(yīng)力。鎂合金是典型的共晶合金，易與一些合金元素形成

4、低熔點(diǎn)共晶。鎂合金鎂合金的的焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn) 氣孔氣孔 鎂合金導(dǎo)熱率高，熔池液態(tài)停留時間短，凝固速度快。加之鎂合金密度較小，急速凝固時粘度變大，當(dāng)氣泡逸出速度小于金屬凝固速度時，氣泡滯留在熔池中形成氣孔。鎂合金鎂合金的的焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn) 鎂及其合金在沒有隔絕氧的條件下焊接時易易燃燒燃燒，熔焊時需要用惰性氣體或焊劑保護(hù)，但目前還沒有有效的鎂合金焊劑，而且焊劑也不能保護(hù)熱影響區(qū)，目前鎢極氣體保護(hù)電鎢極氣體保護(hù)電弧焊弧焊(TIG)(TIG)和熔化極氣體保護(hù)電弧焊熔化極氣體保護(hù)電弧焊(MIG)(MIG)是鎂合金常用的焊接方法。此外鎂合金還可采用攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊(FSW)(FSW)、電阻點(diǎn)焊電阻點(diǎn)焊

5、(RSW)(RSW)、電子電子束焊束焊(EBW)(EBW)和激光焊激光焊(LBW)(LBW)等工藝進(jìn)行焊接。鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 熔化極氬弧焊（熔化極氬弧焊（MIGMIG） 熔化極氬弧焊特點(diǎn)： (1)(1)焊接速度快，生產(chǎn)效率高； (2)(2)由于以焊絲作電極，焊接適宜范圍較窄； (3)(3)焊接電流過高時熔滴爆炸蒸發(fā)造成飛濺； (4)(4)焊接中要采用推拉方式的特殊送絲裝置； (5)(5)市場上直徑小于1.6mm的焊絲很少，對于焊接厚度小于2mm的工件，難以找到適配焊絲。鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 鎂合金MIG焊時可以有3種熔滴過渡形式：短短路過渡路過渡、脈

6、沖脈沖噴射過渡噴射過渡和噴噴射過渡射過渡。鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 攪拌摩擦焊（攪拌摩擦焊（FSWFSW）鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 攪拌摩擦焊（FSW）是一種新型的固相塑性連接工藝，焊接具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定焊接質(zhì)量穩(wěn)定、熱變形小熱變形小、節(jié)能環(huán)保節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。FSW焊接在鎂合金焊接中效果良好，焊接接頭的力學(xué)性能幾乎與母材相同，抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的90%以上，可以使鎂合金接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能優(yōu)良的力學(xué)性能。 FSW焊是鎂合金焊接中最具發(fā)展前景的焊接方法之一，固相連接避免了普通焊接方法存在的焊接缺陷，焊接接頭力學(xué)性能較好，但其焊接工藝限制較多，攪拌頭適應(yīng)性差，磨損較快

7、，工藝還不成熟，目前僅限于結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)件。鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 電阻點(diǎn)焊電阻點(diǎn)焊(RSW)(RSW) 厚度為0.5-3.3mm的鎂合金薄板和擠壓件常用電阻點(diǎn)焊來聯(lián)接，電阻點(diǎn)焊前要求對工件實(shí)行嚴(yán)格的焊前清理，以獲得尺寸穩(wěn)定及優(yōu)質(zhì)的焊點(diǎn)。鎂合金點(diǎn)焊對設(shè)備要求苛刻，因?yàn)樗臒釋?dǎo)率和電導(dǎo)率高，故要求焊接電流大，焊接時間短。要求焊機(jī)電極有快速移動系統(tǒng)。這樣，當(dāng)金屬快速軟化和變形時，可以維持焊點(diǎn)熔核上的壓力不變，故應(yīng)采用低慣性焊機(jī)。鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 激光焊（激光焊（LBWLBW） 激光焊接焊速高，質(zhì)量好，無變形，無需真空條

8、件，容易實(shí)現(xiàn)自動化焊接。焊接過程中，激光束照射到金屬表面時，材料將瞬時汽化，并在束流壓力和蒸汽壓力的共同作用下，形成一個細(xì)長的小孔。小孔中的汽化金屬被電離并將攝入的能量完全吸收，然后將熱量傳遞給周圍材料使之熔化，在小孔附近形成熔池。激光焊可以得到極小的熔化區(qū)和熱影響區(qū)，并能凈化焊縫，減少焊縫中的內(nèi)應(yīng)力、裂紋和氣孔等缺陷。鎂合金的鎂合金的常用常用焊接方法焊接方法 鎂合金激光焊示意圖鎂合金激光焊示意圖 鎢極惰性氣體保護(hù)焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIGTIG）簡介）簡介 鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）是目前鎂合金最常用的焊接方法，是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充金屬從而形

9、成結(jié)合的一種方法。 1930年，工業(yè)中鎂的大量使用讓TIG焊體現(xiàn)出了它的真正價值，TIG焊也伴隨著鋁、鎂等金屬的焊接需要而發(fā)展起來。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIGTIG焊工作原理示意圖焊工作原理示意圖TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 TIG焊是伴隨著鋁、鎂等金屬的焊接需要而發(fā)展起來的，因而TIG焊也是鎂合金焊接中最常用的焊接方法。 鎂合金焊接中多采用交流TIG焊，其具有電弧電弧穩(wěn)定穩(wěn)定，兼有去除母材表面上的氧化膜去除母材表面上的氧化膜，減少或減少或避免焊縫中的氧化物夾雜避免焊縫中的

10、氧化物夾雜等優(yōu)點(diǎn)。氬弧焊的熱影響區(qū)尺寸及變形比較小，因而焊縫的力學(xué)性力學(xué)性能和耐腐蝕性能也比較高能和耐腐蝕性能也比較高。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 TIGTIG焊在鎂合金焊接中的焊接工藝焊在鎂合金焊接中的焊接工藝 (1)(1)焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備 為防止腐蝕，鎂合金通常都需進(jìn)行氧化處理，使其表面有一層鉻酸鹽填充的氧化膜，這層氧化膜是焊接時的重大障礙，焊前必須清除焊前必須清除。常用的有機(jī)械清除法機(jī)械清除法和化學(xué)清除法化學(xué)清除法。另外，鎂合金氬弧焊時采用交流接法，且氬氣對電弧冷卻作用較小，電弧穿透能力不是很強(qiáng)，所以要根據(jù)工件厚度開不同形式的坡口。TIGTIG焊在鎂合金焊接

11、中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 (2)(2)焊接線能量焊接線能量 焊接電流和速度對焊接線能量起主導(dǎo)作用。通常鎂合金焊接時均采用盡可能大的焊接電流和焊接速度， 因?yàn)樾‰娏骱附訒r極易產(chǎn)生焊縫氣孔，減小焊接速度會使輸入的熱量增加， 以致形成過熱和熱裂紋。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIGTIG焊接電流變化對焊接電流變化對AZ31 AZ31 焊接接頭力學(xué)性能的影響焊接接頭力學(xué)性能的影響 (3)(3)氬氣流量氬氣流量 氫是鎂合金焊接時產(chǎn)生氣孔的主要原因， 弧柱氣氛中的水分、焊接材料、母材表面氧化膜的吸附水分， 對焊縫氣孔

12、的產(chǎn)生常常占有較大比例。在焊接過程中通過增加氣體的流量可以顯著地減小氣孔的數(shù)量、體積， 并能減小焊縫中鎂的損失， 從而提高焊接接頭的力學(xué)性能。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 (4)(4)焊絲化學(xué)成分焊絲化學(xué)成分 焊絲的化學(xué)成分對焊接接頭的組織影響較大，一般選取Al含量低于母材組織的焊絲。 (5)(5)電流和極性的選擇電流和極性的選擇 交流TIG焊，正接的半波時鎢極可以發(fā)射足夠電子而不過熱， 有利于焊接電弧穩(wěn)定。反接的半波時工件表面生成的氧化膜很容易被較重的正離子轟擊而清理掉， 獲得成形良好的焊縫。有研究表明交流交流TIGTIG焊比直流焊比直流TIGTIG焊時裂紋焊時裂

13、紋要少要少。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 鎂合金鎂合金TIGTIG焊焊接優(yōu)缺點(diǎn)焊焊接優(yōu)缺點(diǎn) TIG焊接設(shè)備比較簡單，運(yùn)行成本低，靈活性大，可移動性強(qiáng)，便于現(xiàn)場操作，維護(hù)方便，普及率高，目前依然是鎂合金焊接的主要方法之一。由于鎢電極載流能力有限，所以一般只適用于厚度小于6mm的薄板焊接。 由于鎂合金本身的性能特點(diǎn)，在焊接完成完后往往存在一定缺陷， 常見的缺陷有氣孔、夾雜和裂紋，在生產(chǎn)實(shí)踐中可通過焊補(bǔ)來彌補(bǔ)一定缺陷。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用 活性劑焊接活性劑焊接（A-TIGA-TIG焊焊) )介紹介紹 活性劑焊接(A-TIG焊)由烏克蘭巴

14、頓焊接研究所在60年代提出，即焊前在母材表面涂覆一層活性劑，在相同的焊接規(guī)范下，與常規(guī)TIG焊相比，可大幅度地提高焊縫熔深，減小焊接變形，同時還可大幅度提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。A-TIG焊在90年代末開始被廣泛研究，目前在鎂合金上的研究也逐漸開展，將A-TIG焊方法應(yīng)用于鎂合金的焊接可以大大提高鎂合金的焊接質(zhì)量和效率，對鎂合金的產(chǎn)業(yè)化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIGTIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用鎂合金鎂合金焊接研究焊接研究中的熱點(diǎn)問題中的熱點(diǎn)問題 (1)鎂合金新的焊接方法的研究，特別是復(fù)合熱源焊接技術(shù)； (2)鎂合金焊劑和焊接材料的研制； (3)鎂合金