鎂合金TIG焊接工藝及發(fā)展方向

鎂合金TIG焊接工藝及發(fā)展方向答辯人：專業(yè)：導(dǎo)師：日期：鎂合金TIG焊接工藝及發(fā)展方向一

前言

二

鎂合金的焊接特點

三

鎂合金的常用焊接方法四TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用

五

鎂合金焊接研究中的熱點問題

六

總結(jié)

前言鎂合金基本介紹鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬材料，具有密度低、比強度高、比剛度高、減震性高、易加工、易回收、資源豐富等優(yōu)點，被譽為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、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域有著普遍應(yīng)用和很大發(fā)展。

前言年

代鎂合金發(fā)展及應(yīng)用情況1808年英國化學(xué)家H.Davy在實驗室制得鎂1927年高強度鎂合金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)飛機設(shè)計師將鎂合金用于飛機制造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)用前言鎂合金車輪前言鎂合金制成的單反機身前言粗晶鎂的熱導(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。鎂合金的焊接特點圖為鎂合金zk60粗晶金相圖氧化與蒸發(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1100℃)。MgO熔點高，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低熔點共晶。鎂合金的焊接特點氣孔鎂合金導(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。鎂合金的焊接特點鎂及其合金在沒有隔絕氧的條件下焊接時易燃燒，熔焊時需要用惰性氣體或焊劑保護，但目前還沒有有效的鎂合金焊劑，而且焊劑也不能保護熱影響區(qū)，目前鎢極氣體保護電弧焊(TIG)和熔化極氣體保護電弧焊(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(FSW)、電阻點焊(RSW)、電子束焊(EBW)和激光焊(LBW)等工藝進行焊接。鎂合金的常用焊接方法熔化極氬弧焊（MIG）熔化極氬弧焊特點：(1)焊接速度快，生產(chǎn)效率高；(2)由于以焊絲作電極，焊接適宜范圍較窄；

(3)焊接電流過高時熔滴爆炸蒸發(fā)造成飛濺；(4)焊接中要采用推拉方式的特殊送絲裝置；(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。鎂合金的常用焊接方法鎂合金MIG焊時可以有3種熔滴過渡形式：短路過渡、脈沖噴射過渡和噴射過渡。鎂合金的常用焊接方法攪拌摩擦焊（FSW）鎂合金的常用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、熱變形小、節(jié)能環(huán)保等特點。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，抗拉強度達到母材的90%以上，可以使鎂合金接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能。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，工藝還不成熟，目前僅限于結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)件。鎂合金的常用焊接方法電阻點焊(RSW)厚度為0.5-3.3mm的鎂合金薄板和擠壓件常用電阻點焊來聯(lián)接，電阻點焊前要求對工件實行嚴(yán)格的焊前清理，以獲得尺寸穩(wěn)定及優(yōu)質(zhì)的焊點。鎂合金點焊對設(shè)備要求苛刻，因為它的熱導(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，可以維持焊點熔核上的壓力不變，故應(yīng)采用低慣性焊機。鎂合金的常用焊接方法鎂合金的常用焊接方法激光焊（LBW）激光焊接焊速高，質(zhì)量好，無變形，無需真空條件，容易實現(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。鎂合金的常用焊接方法鎂合金激光焊示意圖鎢極惰性氣體保護焊（TIG）簡介鎢極惰性氣體保護焊（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。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIG焊工作原理示意圖TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIG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，其具有電弧穩(wěn)定，兼有去除母材表面上的氧化膜，減少或避免焊縫中的氧化物夾雜等優(yōu)點。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)性能和耐腐蝕性能也比較高。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIG焊在鎂合金焊接中的焊接工藝(1)焊前準(zhǔn)備為防止腐蝕，鎂合金通常都需進行氧化處理，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。常用的有機械清除法和化學(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，所以要根據(jù)工件厚度開不同形式的坡口。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用(2)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，

因為小電流焊接時極易產(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。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIG焊接電流變化對AZ31焊接接頭力學(xué)性能的影響(3)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。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用(4)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)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TIG焊比直流TIG焊時裂紋要少。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用鎂合金TIG焊焊接優(yōu)缺點TIG焊接設(shè)備比較簡單，運行成本低，靈活性大，可移動性強，便于現(xiàn)場操作，維護方便，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，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)實踐中可通過焊補來彌補一定缺陷。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用活性劑焊接（A-TIG焊)介紹活性劑焊接(A-TIG焊)由烏克蘭巴頓焊接研究所在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)實意義。TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用TIG焊在鎂合金焊接中的應(yīng)用鎂合金焊接研究中的熱點問題(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)鎂合金焊接過程溫度場模型的建立，以便能更好地控制凝固過程；