专利名称：一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法
技术领域：
本发明一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，属于镁合金焊接领域，尤其是涉及一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法的技术方案。
背景技术：
镁合金作为绿色工程材料受到产业界的重视。点焊是镁合金在现代运载工具应用的关键因素之一。目前关于镁合金点焊研究TIG、激光束、电子束、搅拌摩擦点焊，上述点焊方法能源消耗大，生产效率低，设备及维护和运行成本高。所以电阻点焊镁合金是一种优异的选择，但镁合金电阻点焊需要较高的焊接电流(大于15KA)，因此现在很多研究者在电极与镁合金之间加钢进行较小电流条件下焊接，但是所焊接镁合金晶粒较为粗大，所以急需开发一种能够在小电流条件下得到细小晶粒的方法。经对现有技术的文献检索发现，朗波(吉林大学博士论文，2008)利用电流15-23KA之间焊接，接头晶粒较大，且能源消耗较大；任鑫磊等(轻合金加工技术，7,2011)利用热补偿的方法实现了小电流焊接镁合金，但是接头晶粒仍较大，所以急需开发一种能够在小电流条件下得到细小晶粒的方法。
发明内容
本发明一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法的目的在于:为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种填充活性粉末的电阻点焊方法，以实现达到熔核晶粒细小的目的。本发明一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于是一种填充镁及镁合金活性粉末介质的电阻钎焊方法，该方法按以下步骤进行:
(1)将活性粉末介质用丙酮溶液混合均匀，所述活性粉末组份为:50-300目的二氧化钛38份，50-250目的二氧化硅42份，余下为50-300目的氟化钙；
(2)在待焊工件镁合金板材或线材的焊接面均匀喷洒或均匀涂敷步骤(I)制备的粉末介质，形成厚度均匀的粉末介质填充层；
(3)待粉末介质填充层的丙酮挥发后，装夹经(2)处理的待焊工件于上下电极之间，使附着粉末介质的待焊工件焊接面紧密接触，焊接接头形式采用搭接接头；
(4)调整保护气喷嘴对准(3)备好的待焊工件焊接区，施加惰性保护气体Ar;
(5)施加电极压力冲击压紧待焊接面，通过电极压力冲击作用使基体表面氧化膜破碎，并在后续工艺过程中保持压力的作用；
(6)通焊接电流4000-5500A、时间1_2.5s，使填充层的活性粉末介质至镁合金中，在压力1000-2000N作用下发生反应，并在焊接界面产生扩散作用；
(7)停止焊接电流作用，保持电极压力至焊件自然冷却；
(8)停止电极压力作用，停止保护气体作用，上下电极移开，完成焊接。
上述一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于所述的焊接环境为惰性气体保护下或在大气下施焊。上述一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于所述对待焊工件及粉末填充层的加热为电阻加热，待焊工件及粉末填充层在焊接电流作用下产生电阻热效应，焊接电流为单一主焊接电流形式或主焊接电流加辅助焊接电流形式。上述一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于所述的上下焊接电极的端面主要为球面形或圆锥台形。本发明一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法的创新在于镁合金合金粉末介质的施加改变了焊接冶金成形机理，改善了材料的可焊性和细化了组织。镁合金的粉末电阻钎焊示意图如图1所示。宏观上看，热补偿块2间接加大了镁合金之间的电阻，且由于活性合金粉末介质4的颗粒状形状特征，从微观上看，活性粉末颗粒之间以及活性粉末颗粒与待焊工件3之间的接触面积大大减小，从而提高了待焊材料的焊接初期接触电阻。并且，活性粉末颗粒之间也构成了若干相对微小的导电通道，使焊接过程中，在不提高焊接电流绝对值的前提下，电流密度得以大大提高。因此，在焊接初期，活性粉末填充层4的施加使材料接触电阻提高，从而获得实现材料熔化所需要的大量电阻热。在惰性气体的保护下，界面间的电阻热使活性粉末介质活性加大，并在电极压力5的作用下使连接界面处的氧化膜破碎。点焊过程中，上下电极产生的电极压力迫使待焊材料界面接触良好，并在焊接电流的继续作用下与活性粉末介质填充层一同被加热到镁合金熔点以上。配制的活性粉末介质填充层4利用界面原理细化金属的特点，依靠金属晶粒的相互作用细化熔核从而形成可靠的焊接接头。本发明一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法与现有技术相比，本发明具有以下优点:
(I)一定粒度的粉末介质与待焊接工件表面形成若干点接触界面，利用粉末颗粒与待焊材料的接触面的变化提高材料待焊部位的焊接初期接触电阻，从而改善难焊材料的焊接性。(2)粉末颗粒之间构成若干相对微小的导电通道，在不增加焊接电流绝对值的前提下，使通过材料待焊部位的电流密度得以大大提高，从而获得焊接初期所需要的大量电阻热。(3)利用电极压力的作用破碎填充界面的氧化膜。(4)利用球面形电极的挤压作用，并在熔融的对流作用下排出破碎的氧化膜，从而形成可靠焊接接头。(5)活性粉末填充介质配方灵活，可改善焊缝金属的冶金行为。(6)在惰性气体保护下或大气环境下实现镁及镁合金材料的焊接，焊接表面无需特殊清理，焊接效率高，成本低，接头可靠，具有较为理想的工程实用意义。(7)镁合金与电极之间添加热补偿块使得焊接电流大大降低。
图1是镁合金的活性粉末电阻点焊示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施方式作详细说明，本实施方式在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方式。实施方式1:待焊材料的装夹如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。热补偿块2厚度为Imm的45号钢。AZ31镁合金工件3为两块厚度为0.8mm的平板结构的搭接。将活性粉末50目的二氧化钛38份，50目的二氧化硅42份，余下为50目的氟化钙介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在镁合金工件3待焊部位的表面，形成粉末介质填充层
4。设定主要焊接参数为:焊接电流I = 4000A，电极压力=1860N，焊接电流持续时间t2=1.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极3、4之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流。焊接电流作用结束后，保持电极压力一定时间，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极，取下工件，熔核晶粒大小为 6.5-11.3umο实施方式2:待焊材料的装夹如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。热补偿块2厚度为Imm的45号钢。AZ31镁合金工件3为两块厚度为0.4mm的平板结构的搭接。将活性粉末100目的二氧化钛38份，50目的二氧化硅42份，余下为150目的氟化钙介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在镁合金工件3待焊部位的表面，形成粉末介质填充层4。设定主要焊接参数为:焊接电流I = 5000A，电极压力=1560N，焊接电流持续时间t2 = 1.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流。焊接电流作用结束后，保持电极压力一定时间，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极，取下工件，熔核晶粒大小为 5.2-10.1um0实施方式3:待焊材料的装夹如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。热补偿块厚度为Imm的45号钢。AZ31镁合金工件3为两块厚度为Imm的平板结构的搭接。将活性粉末50目的二氧化钛38份，100目的二氧化硅42份，余下为50目的氟化钙介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在镁合金工件3待焊部位的表面，形成粉末介质填充层
4。设定主要焊接参数为:焊接电流I = 5500A，电极压力=1960N，焊接电流持续时间t2 = 2s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流。焊接电流作用结束后，保持电极压力一定时间，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极，取下工件，熔核晶粒大小为
7.2-12.6um。实施方式4:待焊材料的装夹如图1所示，为单脉冲电流焊接工艺。热补偿块2厚度为Imm的45号钢。AZ31镁合金工件3为两块厚度为1.2mm的平板结构的搭接。将活性粉末300目的二氧化钛38份，50目的二氧化硅42份，余下为300目的氟化钙介质用酒精混合均匀后，由压力喷洒器均匀喷洒在镁合金工件3待焊部位的表面，形成粉末介质填充层4。设定主要焊接参数为:焊接电流I = 5500A，电极压力=1960N，焊接电流持续时间t2 = 2.3s。待粉末填充层的丙酮挥发后，将待焊平板工件搭接，装夹于上下电极之间。将保护气喷嘴对准焊接区，开通氩气保护，气流量为4L/min。施加电极压力，使待焊工件压合紧密。保持电极压力的作用，施加焊接电流。焊接电流作用结束后，保持电极压力一定时间，至焊接结束。关闭氩气保护，移开氩气喷嘴，并移开上下电极，取下工件，熔核晶粒大小为 6.9-13.5um0
权利要求
1.一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于是一种填充镁及镁合金活性粉末介质的电阻钎焊方法，该方法按以下步骤进行: (1)将活性粉末介质用丙酮溶液混合均匀，所述活性粉末组份为:50-300目的二氧化钛38份，50-250目的二氧化硅42份，余下为50-300目的氟化钙； (2)在待焊工件镁合金板材或线材的焊接面均匀喷洒或均匀涂敷步骤(I)制备的粉末介质，形成厚度均匀的粉末介质填充层； (3)待粉末介质填充层的丙酮挥发后，装夹经(2)处理的待焊工件于上下电极之间，使附着粉末介质的待焊工件焊接面紧密接触，焊接接头形式采用搭接接头； (4)调整保护气喷嘴对准(3)备好的待焊工件焊接区，施加惰性保护气体Ar; (5)施加电极压力冲击压紧待焊接面，通过电极压力冲击作用使基体表面氧化膜破碎，并在后续工艺过程中保持压力的作用； (6)通焊接电流4000-5500A、时间1-2.5s，使填充层的活性粉末介质至镁合金中，在压力1000-2000N作用下发生反应，并在焊接界面产生扩散作用； (7)停止焊接电流作用，保持电极压力至焊件自然冷却； (8)停止电极压力作用，停止保护气体作用，上下电极移开，完成焊接。
2.按照权利要求1所述一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于所述的焊接环境为惰性气体保护下或在大气下施焊。
3.按照权利要求1所述一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于所述对待焊工件及粉末填充层的加热为电阻加热，待焊工件及粉末填充层在焊接电流作用下产生电阻热效应，焊接电流为单一主焊接电流形式或主焊接电流加辅助焊接电流形式。
4.按照权利要求1所述一种镁合金填充活性粉末点焊工艺方法，其特征在于所述的上下焊接电极的端面主要为球面形或圆锥台形。
全文摘要
一种填充活性粉末的镁及镁合金材料电阻点焊方法，属于镁及镁合金材料的焊接领域。其特征在于该方法用活性粉末介质作为填充层，改善难焊镁合金材料的焊接初期接触电阻。以电阻热为焊接热源，在保护气体的保护及添加热补偿块的电阻热的作用下，同时发生材料待焊表面的部分熔化。在适当大小的电极压力冲击作用下，使氧化膜破碎，促进活性粉末介质在待焊材料界面处产生细化作用，在界面处形成熔核，从而实现较小电流下细化熔核晶粒。该方法主要在热补偿下实现焊接，灵活性较强，具有较为理想的工程意义。
文档编号B23K1/20GK103170694SQ201310109508
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者丁敏, 刘士森, 何宏伟, 胡连海 申请人:太原理工大学