一种用于镁合金的新型活性钨极氩弧焊接方法与流程

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种降低镁合金焊接气孔率，增加接头力学性能的活性钨极氩弧焊接方法。

背景技术：

镁合金具有密度低、比强度高、电磁屏蔽性好和易回收等一系列优点，被称为二十一世纪的绿色工程材料，被广泛应用于汽车、航空航天和电子工业中。作为储镁大国，镁合金的产业化应用已成为我国的科技战略发展目标之一。然而，镁的密排六方晶体结构，滑移系少，使其在常温下塑性变形能力低。这些性质导致镁合金复杂结构件的生产与制备困难且成本较高。因此开发高质、高效、节能、低耗的镁合金先进连接技术已成为国内外的研究热点。近来，镁合金的焊接方法主要集中在钨极氩弧焊(tungsteninertgaswelding,tig)、激光焊、搅拌摩擦焊和电子束焊等，tig焊由于其便利性和经济性在镁合金焊接工艺中得到广泛应用。但是tig焊存在熔深浅(≤3mm)和焊接效率低等缺点。对于厚度大于3mm的板材焊接，需要通过开坡口、多道焊、双面焊等工艺实现，复杂了厚板镁合金的焊接工艺。此外，在镁合金厚板的单道tig焊中，通过改变参数增加焊接热输入的方法，如增大焊接电流，增大焊接电压，降低焊接速度等对增加tig焊接接头熔深的作用影响甚微，同时还会增加钨极和焊材的损耗，并造成焊缝金属的污染，从而降低焊接质量。为了解决tig焊接中存在的上述问题，乌克兰巴顿焊接研究所首次提出了一种新型的焊接方法—活性钨极氩弧焊接(activatingfluxtungsteninertgaswelding,a-tig)，并开发了用于钛合金的活性剂。甘肃工业大学的樊丁等人开发了用于低碳钢和不锈钢的tig焊的活性剂。大连理工大学的刘黎明等人研究开发了用于镁合金焊接的活性剂。

在镁合金的a-tig焊中，常用的活性剂可分为氧化物和卤化物(氯化物和氟化物等)，氧化物活性剂以tio2和cr2o3为代表，常见的卤化物活性剂为caf2、mncl2。氧化物活性剂通过“表面张力理论”，即改变熔池运动行为增加溶深，在增加溶深的同时，也带入了大量的焊接热，从而粗化了接头的晶粒组织，从而降低接头的力学性能。卤化物活性剂(氯化物和氟化物等)大多具有腐蚀性与毒性，吸水受潮易使焊缝出现大量氢气孔。由于气孔的存在，大大降低了焊接接头的力学性能。以上研究主要解决的是tig焊的熔深较浅和焊接效率低等问题，对镁合金tig焊接过程中产生的气孔，未提出较好的解决方案。此外，由于镁的化学性质活泼，在空气中易形成氧化膜。但镁合金氧化膜不致密，吸水性强，具有更大的气孔倾向。因此，在采用a-tig焊进行镁合金焊接时必须研究对各种缺陷的消除措施，以得到具有良好综合性能的焊接接头。而且，从生产应用的角度来看，也可以减少次品量，降低焊接成本。因此，迫切需要一种既可以增加焊缝熔深，改善焊缝表面成形，又可以减少气孔的镁合金新型a-tig焊接方法。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提出一种减少镁合金活性钨极氩弧焊接接头气孔率的焊接方法。该方法可以一次实现厚板的焊接。既可以显著提高焊接接头的熔深又可以减少焊接接头的气孔率，从而达到提高焊接质量，提升接头拉伸性能，满足更加高要求的工业生产的目的。

为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：

(1)将被焊工件表面仔细打磨并用酒精清洗以除去氧化物和油污；

(2)将混合活性剂用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，涂层厚度约为0.3mm；

(3)待涂敷在待焊件镁板表面的混合活性剂中的丙酮完全挥发后，进行tig焊接。

(4)混合活性剂是由tio2和caf2活性剂粉末按比例混合并充分碾磨后，加入适量丙酮使其成为糊状形成的活性剂；

(5)上述活性剂的重量配比为：tio2：60％～65％，caf2：35％～40％。

本发明具有以下有益效果：tio2活性剂增加焊缝熔深的效果明显，其作用主要是改变了熔池的表面张力温度系数，从而改变熔池液态金属的流动方向；而caf2活性剂能够有效减少焊接接头气孔率主要是caf2与熔池的冶金反应生成不溶于液态金属的hf气体的结果。本发明优点是通过tio2和caf2活性剂的综合作用，既提高了焊缝熔深又减小了焊接接头的气孔率。拉伸测试结果表明，采用此种活性剂进行镁合金tig焊时，焊接接头的极限抗拉强度明显增加。该活性剂，既可以显著提高焊接接头的熔深又可以降低气孔率，从而达到提高焊接接头拉伸性能的目的。同时本发明解决了镁合金焊接效率低的问题，操作简便，生产效率高，在镁合金焊接的实际应用中具有重要的意义。

附图说明

下面结合附图并以az31镁合金为例，用a-tig与nsa-tig焊接工艺进行对比，对本发明进一步说明。但本发明的内容并不限于此。

图1是az31镁合金焊后焊缝成形的对比照片：(a)是a-tig焊后的焊缝形貌，(b)是nsa-tig焊后的焊缝形貌。

图2是az31镁合金焊后焊缝横截面熔深的对比照片：(a)是a-tig焊后的焊缝熔深，(b)是nsa-tig焊后的焊缝熔深。

图3是az31镁合金焊后接头微观组织的对比照片：(a)是a-tig焊后的接头微观组织，(b)是a-tig焊后的接头微观组织。

图4是az31镁合金a-tig和nsa-tig焊后焊接接头的应力应变曲线。

具体实施方式

实验中采用交流tig焊机(nsa-500-1)对az31镁合金进行普通tig与新型a-tig焊接，进行对比实验。

焊前，在混合活性剂中加入适量的丙酮使其成为糊状。再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，厚度约为0.3mm。待丙酮挥发后进行焊接。对于a-tig焊接，实验中采用的混合活性剂是由tio2和caf2活性剂粉末按比例混合而成的，其重量配比为cr2o3：65％和sic：35％。使用活性剂前，需用粗砂纸除去待焊件表面的油污与氧化物。具体焊接工艺参数如下：

对板厚为6mm的az31镁合金板材进行tig焊接采取的焊接规范为：

焊接完成后，截取焊接接头同样大小的选区试样，对其宏观形貌，熔池，微观组织，力学性能进行检测表征，结果表明：采用a-tig焊后的az31镁合金焊接接头熔深大，气孔率小，力学性能优异。

技术特征：

技术总结
一种用于镁合金的纳米增强活性钨极氩弧焊接方法。包括以下步骤：(1)将待焊件表面用粗砂纸打磨去除表面油污与氧化层。(2)在待焊件表面涂覆混合活性剂。(3)再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，涂覆厚度约为0.3mm。(4)待丙酮挥发后进行TIG焊接。(5)焊接完成后，观察焊接接头和熔池形貌，微观组织，表征力学性能。(6)混合活性剂是由TiO2和CaF2粉末按比例混合并充分碾磨后，加入适量丙酮使其成为糊状形成的活性剂。(7)上述活性剂的重量配比如下：TiO2：60％～65％，CaF2：35％～40％。

技术研发人员：沈骏;谢雄
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2017.11.27
技术公布日：2018.04.13