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(diǎn)

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(diǎn)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(qiáng)度高、比剛度高、減震性高、易加工、易回收、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。

前言年

代鎂合金發(fā)展及應(yīng)用情況1808年英國(guó)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(guó)Alder工廠將鎂合金用于汽車制造1935年蘇聯(lián)飛機(jī)設(shè)計(jì)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)用前言鎂合金車輪前言鎂合金制成的單反機(jī)身前言粗晶鎂的熱導(dǎo)率高，

焊接時(shí)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(zhǎng)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(diǎn)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(huì)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)力鎂合金熱膨脹系數(shù)較大，鎂液膨脹會(huì)受到壓縮應(yīng)力，當(dāng)熔池凝固時(shí)，由于體積收縮，會(huì)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(diǎn)共晶。鎂合金的焊接特點(diǎn)氣孔鎂合金導(dǎo)熱率高，熔池液態(tài)停留時(shí)間短，凝固速度快。加之鎂合金密度較小，急速凝固時(shí)粘度變大，當(dāng)氣泡逸出速度小于金屬凝固速度時(shí)，氣泡滯留在熔池中形成氣孔。鎂合金的焊接特點(diǎn)鎂及其合金在沒有隔絕氧的條件下焊接時(shí)易燃燒，熔焊時(shí)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)電弧焊(TIG)和熔化極氣體保護(hù)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(diǎn)焊(RSW)、電子束焊(EBW)和激光焊(LBW)等工藝進(jìn)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(diǎn)：(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(shí)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(chǎng)上直徑小于1.6mm的焊絲很少，對(duì)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(shí)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(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。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(jiǎn)單的構(gòu)件。鎂合金的常用焊接方法電阻點(diǎn)焊(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(duì)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(duì)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(shí)間短。要求焊機(jī)電極有快速移動(dòng)系統(tǒng)。這樣，當(dāng)金屬快速軟化和變形時(shí)，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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。焊接過程中，激光束照射到金屬表面時(shí)，材料將瞬時(shí)汽化，并在束流壓力和蒸汽壓力的共同作用下，形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)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(hù)焊（TIG）簡(jiǎn)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?gòu)亩纬山Y(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(jià)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(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(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(shí)的重大障礙，焊前必須清除。常用的有機(jī)械清除法和化學(xué)清除法。另外，鎂合金氬弧焊時(shí)采用交流接法，且氬氣對(duì)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。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(duì)焊接線能量起主導(dǎo)作用。通常鎂合金焊接時(shí)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(shí)極易產(chǎn)生焊縫氣孔，減小焊接速度會(huì)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)TIG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，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。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(shí)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(duì)鎂合金的產(chǎn)業(yè)化具有重要現(xiàn)實(shí)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(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)鎂合金焊接過程溫度場(chǎng)模型的建立，以便能更好地控制凝固過程；