活性剂对镁合金交流A_TIG焊的影响
关于焊接的毕业论文
目录1 绪论 (3)2 摘要 (3)3 材料介绍 (7)4 激光焊接技术 (7)4.1 同种镁合金的激光焊接 (7)4.2 镁合金与铝合金的激光焊接 (7)5 等离子弧焊技术 (8)5.1 同种镁合金的变极性等离子弧焊 (8)5.2 镁合金的变极性等离子弧缝焊 (8)6 低能耗激光诱导增强电弧复合焊接技术 (9)6.1 同种镁合金板材的焊接 (9)6.2 同种镁合金薄板的焊接 (9)6.3 异种镁合金板材的焊接 (10)6.4 镁合金与钢异种金属的焊接 (10)7活性焊接技术 (11)7.1镁合金活性焊接 (11)7.2镁合金活性焊丝填丝焊接 (11)8 熔化胶接焊焊接技术 (12)8.1镁合金等离子弧胶接焊 (12)8.2镁合金与铝合金的激光胶接焊 (13)9 镁合金与铝合金的扩散焊接技术 (13)10 镁合金焊接接头电弧喷涂防护技术 (14)11 镁合金焊接技术的应用及展望 (15)12 结论 (17)13 致谢 (18)14参考文献 (19)绪论近10年来，由于受到能源节约以及环境保护的巨大推动，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。
镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。
镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4-5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物，显著降低接头力学性能；因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。
但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。
LZ91镁锂合金TIG焊接接头组织与性能研究
了对 比， 由于焊 缝在近 平衡 条件 下凝 固生成铸 态组织 ，不会有热影 响区产生 。Ｌ ｉ ｕ Ｌ ４ 等人采用
Ｔ Ｉ Ｇ工 艺 成 功 地 对 ２ ｍ ｍ厚 Ｍ ｇ － １ ０ ． ３ ６ Ｌ ｉ 一 ２ ． ７ Ａ ］ － ０ ． ９ １ Ｚ ｎ 一 ０ ． ８ １ Ｃ ｅ 合 金 板 材 进 行 了焊 接 ，未 发现 明显的焊接缺陷 ， 但焊接后热影响 区组织粗大 ， 组织 强度 降低 ，成 为断裂 的敏感 区。刘旭 贺
铝 镁 通 讯
一
造成焊缝 区 Ｌ ｉ含 量 有 所 降 低 。
表 ｌ Ｌ Ｚ ９ １合金 母 材 及焊 缝 化 学 成 分
Ｌｉ Ｚｎ Ｍｇ
出 现 两 种 形 貌 。 距 离 焊 缝 中 心 较 远 的 区域 （ 图
２ （ ｂ ） ）， Ｂ 相 呈 等 轴 晶 形 貌， 晶 粒 尺 度 在
摘 要 ：采 用交流钨极 氩孤焊 （ ＡＣ— Ｔ Ｉ Ｇ）对 ２ ｍｍ 厚 Ｌ Ｚ ９ １ 镁锂合金板材进行 了焊接 ，焊材成性能 良好。采用 ｏＭ、ｘ Ｒ Ｄ、Ｓ Ｅ Ｍ 分析 了焊材和母 材的显微组 织，通过拉伸 实验 、硬度 测试分析 了焊材 的力学性能。焊材 由 焊缝 、热影响 区、母材 区组成 ，焊缝 区、热影响 区较 宽，分别为 ８ ｒ ｍ ｎ、 ６ ｍｍ。受焊接 热效应及降温速率影 响 ，三个部分相组织 明显不 同，焊缝 区内 ａ 相为胞状枝 晶随机地 均匀分布在 Ｂ 相 内；热影响 区内 ｐ 相为粗 大的等轴 晶， 晶粒尺 寸与到 焊缝的距 离呈反 比， ａ相 呈针状或条 带状 ，相 舍量与到焊缝 的距 离呈正比；母材 区为典型的轧制 退火态组织 。硬度 热影响 区最高 ，母 材次之 ，焊缝 区最低 ；焊材在 焊缝 区断裂 ，抗拉 强度 为 １ ６ ９ ． ６ １ ＭＰ ａ ，达到母材的 ９ ５ ． ６ ％ ；伸长率为 ２ １ ． ４ ％，为母材 的 ７ ７ ． ５ ％；焊接后 ，断裂 方式由解理 断裂转变为韧 性 断裂 。 关键词 ：镁锂合金 ；Ｔ Ｉ Ｇ焊接 ；显微组 织；力学性 能
镁合金TIG焊焊接工艺
ｌ Ｏ・
科 技 论 坛
镁合金 Ｔ Ｉ Ｇ 焊 焊 接 工 艺
尚 振 一
（ 南通航 运职 业技术 学院， 江苏 南通 ２ ２ ６ ０ １ ０ ）
摘
要： 介绍 了焊接镁合金 的几种工 艺方法 ， 包括 Ｔ Ｉ Ｇ焊、 电子束焊 、 激光 焊以及搅拌摩擦焊。针对镁合金的焊接 特点 ， 着重论述具有
实践 应 用 性 强 、 生 产 成 本较 陷 防 治 。 关键词 ： 镁合金 ； １ ｒ Ｉ Ｇ焊 ； 焊接 工 艺 ； 焊接 缺 陷
镁合金的密度小 ， 约为 １ ． ７ ８ ｇ ／ ｃ ｍ ｓ ， 是铝的 ２ ， ３ ， 钢的 １ ， ４ 。同时， ３ － ４焊前表面处理 。镁合金表 面一般 采用机械 以及化学 处理方 镁合金还具 有高的比强度 、 比刚度 、 减震性和导热性 ， 较 好的可切削 法 ，清理 坡 口两侧 １ ５ ｍ ｍ一 ２ ０ ｍ ｍ的范围内的氧化物 以及污染物 ， 清 性和可回收性 ， 因而被称为 ２ １ 世纪的“ 绿色” 工程材料 。 因此它在汽 理后裸露在空气 中的镁 由于化学性质活泼会再次被空气氧化 ， 所 以 车、 通信 、 航 空航天等领域具有巨大的应用前景 。 清理后需要快速进行焊接避免镁的氧化又带来 的一系列的问题 。 如 １ 焊 接 性 分 析 果使用化学材料清理 ， 那么焊接时间可以适当的延长一点 。 由于镁 合金的熔 点低， 线膨胀系数 和导 热率高 ， 与氧 、 氮 的亲 和 ３ ． ５ Ｔ Ｉ Ｇ焊的电流及极性选择 。用 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁 合金时 ， 为 了有 力 强， 焊后 易形成夹杂和脆性相 ， 易产生焊接 变形 和热裂纹 ， 使焊 接 利 于气体的逸 出以及利 用“ 阴极 破碎效应 ” 一般都使 用交流 电源并 接 头的力学性能下降。针对镁合金焊接的特点 和难 点， 应采用能 量 采 用 低 电弧 。 密度大 、 焊接热输入小 、 焊接速度快 的高效焊接方法。 近些年来 出现 ３ ． ６焊丝的选择与使用 。焊丝 中所使 用的材料对焊接后 接头的 的新工艺 ， 如 Ｔ Ｉ Ｇ焊、 真空 电子束焊 、 激光焊 以及搅拌摩擦焊等。 组织性能影响很大，通常情况下都会使用 的焊丝 中 Ｍ ｇ的 比例都会 ２ 焊 接 方 法 分析 比母材低 。因为二次相 的量 以及接头 刚度在高温镁蒸 发严重且 Ｍｇ ２ ． １ Ｔ Ｉ Ｇ焊。用 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁合金时 ， 由于 Ｔ Ｉ Ｇ焊加热范围小 ， 比例较大 的情况下都会变得很 大， 相反的接头强度就会变低 。 热源集 中性好 ， 焊接后 ， 热影响区的范围和变形的尺寸都较小 ， 并且 ３ ． ７ 钨极 的选择与使用 。钨极选择综合性能好 的铈钨极 ， 钨极直 焊缝抗腐蚀 的性能也得到了提 高 ， 接头的整体性能变得更加优 良。 径与 电流密度根据试件情况进行合理选择 。 ２ ． ２电子束焊 。电子束焊是一种高能密度的焊接工艺 ， 穿 透性能 ４ 焊接 接 头 缺 陷 及 其 产 生 原 因分 析 好， 可 以对镁合金厚板进行焊接 ， 接头质量好。但是电子束焊要求在 ４ ． １ 焊接气孔缺陷分析 真空环境下进行 ， 而且， 电子束焊枪结构 复杂 ， 设备投 资和运行成本 ４ ． １ ． １ 气孔形成原因。 气 孔问题在所有 的焊接过程 中都是十分常 比电弧 焊要 高许多倍 ， 对焊接接 头装 配要求严格 ， 焊接时容 易激发 见的 ， 几乎所有 的钢材 、 有 色金 属焊接的时候都会产生气孔 ， 而镁 合 Ｘ 射线， 对 环境产生危害 。以上弱点限制了电子束焊接 的广泛应用。 金 的一些有 色金属特殊 的 自身性能导致 了产生气孔 的概率往往 比 ２ ． ３ 激光 接 。激光焊接高度集 中的能量会将热影响 区的面积 其他的金属材料 还要 大一些 。 实验表 明其表面一层很难彻底 去除的 减 到最小 ， 而且激 光束 比较容易控制 ， 焊接镁合 金可 以有效 防止传 Ｍｇ Ｏ更容易与空气 中的水相结合 ， 所 以在镁合金焊接 时对气 孔的敏 统焊接工艺产生的缺 陷 ， 焊接接头质量好 。但激光器功率一般都 比 感度更大。 较小 ， 镁合金表 面对激光束 的吸 收率很低 ， 而且 深熔 焊时存在 阈值 ４ ． １ ． ２气 孔 产 生 的 预 防措 施 。 焊 前 对 材 料 进 行 清 理 在 整个 焊 接 过 问题，技术还不够成熟成本非常高 ， 如今只是在航空航 天等高端科 程中是非常重要 的一个步骤 ， 保护气 的成分 同样会影 响焊缝 中气 孑 Ｌ 技技术 中应用 ， 在一般工业 中还没有得 到广泛应用 。 的形成。实验发 现 ， 使用了双重保护且使用高气压 的保护气 的试 件 ２ ． ４搅拌摩擦焊。 搅拌摩擦焊是一种新 型的固相塑 『 生连接工艺 ， 相对于没有使用双重保护和保护器 的气压 比较低 的试 件 ， 气孔 的量 在焊接 过程 中， 金属不 熔化 ， 焊接 时温度相对较低 ，因而可 以避免 会减少 ８ ０ ％以上。 必要 时可 以加入一些不影响材料本身机械性能的 其他焊接方法所产生 的焊接缺 陷 ， 焊接镁合金时不会出现熔化焊的 合金材料来 降低液 态金属 的粘度 ，这样气泡 就会从焊缝 中快速 析 各种缺陷， 接头性能 良好 ， 对镁合金 的焊接具有独 特的优势 。但是 ， 出。 镁合金搅拌摩擦 焊的工艺 限制较 多， 搅拌头适应性差 ， 且磨 损较快 ， ４ ． ２焊 接 裂 纹 分 析 工艺还不成熟， 目前 限于用在结构简单的构件。 ４ ． ２ ． １ 裂纹形成原 因。从镁合金焊接 时裂纹 的分 布情况 知道 ， 焊 因此 ， 我们将 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁合金的焊接工艺作为代表来探讨镁 缝 晶粒 结 晶过 程 中是 一 个 薄 弱 的环 节 ， 首先结晶的部分金属纯度会 合金的焊接工艺 以及缺陷防治 。 比较 高 ， 后 结 晶 的 金 属 相 对 杂 质 就 比较 多 ， 而 这 些 杂 质 形 成 的 低 熔 ３ Ｔ Ｉ Ｇ焊工艺参数对焊缝 的影响 共 晶物的熔点较低 ， 在 焊 缝 金 属 凝 固的 后 期 位 于 晶 界 部 位 ， 会 形 成 ３ ． １ 焊接线能量 的影 响。焊接 电流大小 以及 焊接速度 快慢 对焊 层膜 ，此时 由于镁合金冷却收缩量较大会产生较大 的拉应力 ， 焊 接 的线 能量都起着至关重要的作用 。 在焊接镁合金时 电流以及焊接 缝 晶界在拉伸应力的作用下就非常容易被撕裂而导致裂纹的形成 。 速度在允许 的范 围内， 都要尽量 的取上 限值 。焊接速 度过慢则 必然 ４ ． ２ ． ２ 裂 纹 产 生 的预 防 措 施 。 试 验 分 析研 究 发 现 可 以从 工 艺 以及 会导致热影 响区过大并伴随热裂纹 的出现 。 冶金两个方面降低镁合金焊接 过程 中热裂纹 的产生。 工艺 因素则主 ３ ． ２氩气流量的选择 。Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁合金时， 保护气 可以有效地 要是通过规范操作 ， 选择正确焊接顺序及接头并 预热来 减少焊件 的 预 防有害气体进入焊接区 ， 气体流量在一定 范围内 ， 随着流量上升 ， 膨胀量 ， 从 而达到 降低裂纹 的产 生。但是 为了从 根本上解决热裂纹 保护效果变好 ， 但不是无 限制 的上升 ， 一旦到了一定流量限值 ， 再加 的产生 ， 就必须从控制源头冶炼来提 升接头的机械性能降低裂纹产 大流量 ， 不仅不会提升保护效果 ， 反而质量下降 ； 因为过大 的氩气流 生 的产 生 来 实 现 对 裂 纹 的 掌控 。 反 而会 产生紊流将空气卷 入受保护 区； 因此 ， 气 体流量要 根据具体 结 束 语 焊接位置以及坡 口形式等综合考虑 。 镁合金 在采用 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接工 艺相 比于其他焊 接方法 其优势 在 ３ ． ３ 焊接接头设计 。 镁合金的焊接接头有很多种形式 ， 可以采用 于热影响区的范 围和变形 的尺 寸较小 ， 并且焊缝抗腐蚀 的性 能会得 对接 、 外角接 、 搭接 、 Ｖ形对接 、 ｘ形对接等 ， 坡 口的选择在 镁合金 的 到极大的提高 ， 接头的整体性能变得更加优 良且成本相对合 理。操 焊 接 选 择 上 是 一 项 重 要 的 问题 ， 焊 接 时选 择 的 坡 ｉ Ｓ ｌ 不正 确 ， 在 焊 接 作方法简单 ， 对试件装 配以及操作条件要 求较低 ， 合理制 定焊接工 时容易导致产生夹渣与未焊透等缺陷 ， 如何 选择坡 Ｅ ｌ 的形式需要根 艺以及 缺陷防治 ， 保 证经济性 与实用性 的完美结合。 据实际的工件情况来分析 。
ZM6镁合金铸件TIG焊补焊工艺
ZM6镁合金铸件TIG焊补焊工艺发布时间：2022-06-17T05:14:43.491Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月第4期作者：孟凡奇[导读] 按照拉伸性能检测结果与X-射线探伤测试明确了ZM6镁合金部件TIG焊补焊方法参数，且利用光学显微镜观察焊接端部的微观结构与测试研究微区物质。
结果显示，热影响范围晶粒尺寸和母材几乎一样。
孟凡奇哈尔滨东安发动机有限公司,黑龙江哈尔滨 150066摘要：按照拉伸性能检测结果与X-射线探伤测试明确了ZM6镁合金部件TIG焊补焊方法参数，且利用光学显微镜观察焊接端部的微观结构与测试研究微区物质。
结果显示，热影响范围晶粒尺寸和母材几乎一样。
热影响范围晶内完全通过Mg元素构成，晶内原本的合金要素迁移至晶界。
焊缝结构通过比母材晶粒规格小的细小等轴晶构成，焊缝位置的晶内结构往往由Mg元素构成，其晶界合金要素浓度会比母材和热影响范围少。
经对ZM6镁合金部件补焊过程的裂缝部位和成分研究，发现ZM6镁合金部件补焊裂缝是结晶裂缝。
关键词：ZM6部件；TIG焊补焊；裂缝；双层补焊镁合金是当前全球最轻质的一种工程框架金属物料，存在密度小、比强度与比刚度高等特征，被称作“21世纪环保结构材料”，具备普遍用在航空航天、军事以及交通运输等行业的良好潜力。
我国是全球镁资源最多的一个国家，镁储量占全球22.5%，位居全球第一。
高质量、高性能焊接方法相对于其它成形科技发展迟缓的现状已是严重限制国内镁合金普遍使用的一大瓶颈，具体是因为镁合金焊接环节极易出现热裂缝、气孔、氧化物杂质与脆性氮化物下降接头质量等缺陷。
交流TIG焊接是现今实际用来衔接镁合金的重要电弧焊手段，镁合金在加工成形环节会出现许多问题，像夹渣、冷隔、气孔与裂缝等，挽救恢复问题部件有着较大的经济作用，这些问题一般用补焊方式解决。
按照ZM6镁合金部件结构，研发了TIG填补补焊方法，经补焊端部性能检测和着色检测，完善了ZM6镁合金部件TIG填丝补焊方法参数，且逐步研究ZM6镁合金部件补焊端部结构特点，经观察补焊端部结构特点得到镁合金部件补焊端部裂缝产生的原因，由此削减ZM6镁合金部件补焊过程裂缝的形成，由此削减ZM6镁合金部件补焊过程裂痕的形成，复原了ZM6镁合金部件。
数字交流TIG多焊机协调器研究
文章编号：1673-887X(2023)02-0040-03数字交流TIG 多焊机协调器研究胡家奇（唐山松下产业机器有限公司，河北唐山063020）摘要分析多台交流TIG 电源同时焊接一个工件时，由于相位不同步导致焊接电源输出时回路的阻抗发生变化和电流互串问题，进一步导致次级IGBT 关闭时过电压的发生。
为了解决上述问题，提出一种能够设定交流相位和频率的协调控制器，该控制器能够实现焊接电流相位的同步，从而解决由于相位不同步而引起的次级IGBT 反压高和电流互串的问题。
该协调控制器可以实现交流频率和占空比的设定并将参数通过485通信传递给焊接电源；还可以协调焊接电源相位输出，保证焊接电源的相位输出一致。
关键词交流TIG；相位同步；IGBT 过电压；协调控制器中图分类号TG434.2文献标志码Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2023.02.013Research of Digital AC TIG Multi-Welding Machine CoordinatorHu Jiaqi(Panasonic Welding Systems (TangShan)Co.,Ltd.,Tangshan 063020,Hebei,China)Abstract ：When multiple AC welding power sources weld a same weldment at the same time,the current of the welding power sources output in series due to the phase out-of-sync and the impedance of the circuit increases,which further leads to the occurrence of overvoltage when the secondary IGBT is turned off.To solve this problem,a coordinated controller that can set the AC phase and frequency is proposed.The controller can realize the synchronous control of the phase,so as to solve the problem of high back-volt ‐age of the secondary IGBT and mutual series of current caused by the asynchronous phase.The coordination controller can realize the setting of the coordination parameters AC frequency and cleaning width,and transmit the parameters to the welding power source through 485communication,it can also realize the coordination of the phase output of the welding power source to ensure the phase output of the welding power source is consistent.The coordinated controller can realize the setting of AC frequency and duty cycle and transmit the parameters to the welding power source through 485communication,it can also realize the coordinated phase output to the welding power source to ensure the same phase output of the welding power source.Key words ：AC TIG,phase synchronization,IGBT overvoltage,coordinated controller铝及铝合金在汽车、航空航天等领域应用越来越广泛，尤其对汽车轻量化的发展起着重要作用[1，2]。
镁合金冷金属过渡(CMT)焊接技术研究现状及进展
镁合金冷金属过渡（CMT ）焊接技术研究现状及进展张效宾（吉林工业职业技术学院化工机械系吉林吉林132013）摘要:介绍了传统镁合金焊接方法存在的问题，阐述了CMT （冷金属过渡）技术与传统熔滴短路过渡技术的区别及CMT 焊接技术的特点，综述了镁合金CMT 焊接过程和镁合金与异种金属（镁-铝、镁-钢、镁-钛、镁-铜）的CMT 焊接过程。
指出利用CMT 焊接技术连接镁合金薄板时，焊缝成形良好；在与异种金属的CMT 焊接时，焊缝金属普遍存在金属间化合物，削弱了焊缝的力学性能。
最后对镁合金CMT 焊接技术的发展作了展望。
关键词：镁合金；冷金属过渡焊接；金属间化合物中图分类号：TG432文献标识码：A0前言镁合金的传统焊接方法主要有钨极惰性气体保护焊（TIG ）、熔化极惰性气体保护焊（MIG ）、熔化极活性气体保护焊（MAG ）、激光焊（LBW ）、电子束焊（EBW ）和搅拌摩擦焊（FSW ）等方法[1]。
由于镁合金的熔点和沸点低，热传导率和线膨胀率大，而传统焊接方法的热输入量大且持续，不利于熔池金属的化学冶金反应，因而镁合金的传统焊接方法容易出现焊缝金属的氧化、气孔，焊接飞溅、焊接变形和热裂纹等缺陷，严重制约了镁合金的发展和应用[2]。
根据镁合金的特点以及焊接易出现的缺陷，焊接时应选用能量密度高、热输入小和焊接速度快的焊接方法[3]。
近些年出现的CMT （冷金属过渡）焊接技术，因其焊接过程中低热输入和无飞溅的特点，可化解镁合金焊接中存在的难点[4]。
鉴于此，本文对国内外镁合金CMT 焊接技术的研究进行了综述，并对未来发展作出展望。
1CMT 焊接技术1.1CMT 焊接技术与传统熔滴短路过渡的区别CMT 是Cold Metal Transfer 的缩写，是一种新型的熔滴短路过渡方式，由奥地利Fomius 公司于2002研发[5]。
CMT 技术是在普通短路过渡的基础上开发的，通过数字化控制焊丝运动和电源输出波形，以实现熔滴的“冷过渡”。
镁合金焊接技术总结
镁合金焊接技术的研究及发展余福庆（机械学院材料成型及控制工程 201007110）摘要：镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景, 焊接技术已经成为制约其应用的技术关键。
介绍了镁合金的物理特性及应用特点。
通过对国内焊接的研究现状及成果进行分析，简述了镁合金的应用情况及其焊接特点，介绍了镁合金的钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法及其研究。
总结了各类焊接方法的特点，并指出镁合金焊接研究中存在的问题，并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。
关键词：镁合金焊接研究现状Research and development of magnesium alloy welding technologyYu FuqingMechanical College Material Forming and Control Engineering 201007110 Abstrac：Magnesium alloy has a broad application prospects in the field of aerospace, automotive, electronics, welding technology has become a key technology for restricting its application. The physical properties of magnesium alloy and application characteristics. Through the analysis of the research status and achievements of domestic welding, briefly the application of its welding characteristics of magnesium alloy, magnesium alloy gas tungsten arc welding, electron beam welding and resistance spot welding, friction stir welding, laser welding etc. several commonly used welding method and its research status. Summarizes the characteristics of thevarious types of welding methods, and pointed out that the problem exists in the magnesium alloy welding research, and magnesium alloy welding research and application prospects.Key words： magnesium alloy; welding; research status一，镁合金物理化学特性与焊接特性镁合金的密度小,约为1178 g/ cm3 ,是铝的2/ 3 ,钢的1/ 4 。
AZ31B镁合金TIG和MIG焊接接头组织性能比较分析
刘金华 , 王文先 , 王一峰 , 崔泽琴
(太原理工大学 材料科 学与 工程学院 ,山西 太原 030024)
摘 要 :研究了 A Z31B 镁合金钨极氩弧焊 ( T IG) 和熔化极氩弧焊 ( M I G) 焊接接头组织及性 能 。在厚度为 8 . 0 m m 的 A Z3 1B 镁合金板材上分别进行了填丝 T IG 和 M I G 两种焊接试验 , 分析 了 A Z3 1B 镁合金两种焊接工艺以及接头焊缝的微观组织和显微硬度 。试验结果表明 , 填丝 T IG 焊缝成形良好 ; M IG 焊接时有飞溅现象 , 焊缝成形不及 T IG 均匀 。 T IG 和 M IG 焊接接头的相组 成与母材的相组成一致 。M IG 焊接热影响区 HAZ 的晶内析出相弥散分布 , 焊缝区晶界析出相连 续分布 ; 而且 M IG 焊接接头的显微硬度值较 T I G 焊接时要高 ,焊接接头的力学性能有所提高 。 关键词 :A Z31B 镁合金 ; T IG 焊接 ; M IG 焊接 ;组织性能 中图分类号 : T G40 1 文献标识码 : A
镁合金以密度小 、 比强度高等优越特性 ,被誉为 21 世纪最具潜能的工程结构材料 , 在汽车制造 、 航 空航天 、 通讯 、 电子产品 制造等 行业倍受青 睐
[1 2 3]
镁合金焊丝。试验材料的化学成分见表 1 。
表1 试验材料的化学成分 (质量分数 ) %
材 料 Al Zn 母材 A Z31B 3122 11 15 焊丝 � 21 8A Z31 2194 01 88 焊丝 � 11 6A Z31 3177 01 75
AZ31B 板材 的形状尺寸 是 100mm ×50mm × 8m m , 焊件示意图如图 1 所示 。
430铁素体不锈钢A-TIG焊接
430铁素体不锈钢A-TIG焊接胡绳荪;王勇慧;申俊琦;陈昌亮;许海刚【摘要】针对铁素体不锈钢,选用常见的氧化物和卤化物进行单组分A-TIG实验,结果表明氧化物活性剂增加焊缝熔深的效果更为显著.以B2O3、Cr2O3、SiO2分别作为基础组元进行多组分活性剂实验,得到最优配比的活性剂可使焊缝熔深达到传统TIG焊的2.46倍.组织和力学性能测试显示:与TIG焊缝相比,使用活性剂后焊缝中的铁素体晶粒尺寸略有减小,但硬度和拉伸强度变化不大.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2013(046)009【总页数】5页(P831-835)【关键词】铁素体不锈钢;A-TIG;焊缝熔深;微观组织;力学性能【作者】胡绳荪;王勇慧;申俊琦;陈昌亮;许海刚【作者单位】天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学材料科学与工程学院天津300072;天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;宝山钢铁股份有限公司研究院,上海200431【正文语种】中文【中图分类】TG444奥氏体不锈钢以其出色的耐腐蚀、高温、氧化性能，在全世界范围内获得广泛的应用．但随着国际镍价飙升，以镍作为主要合金元素的奥氏体不锈钢价格居高不下，人们开始转向其他替代钢种的研发推广，其中铁素体不锈钢具有很大发展潜力．430(1Cr17)是铁素体不锈钢的代表钢种，基体不含镍，价格相对较低，并具有导热系数大、线膨胀系数较小、耐氯化物应力腐蚀性好等优点[1]．这类钢通常采用手工焊或TIG 焊工艺进行焊接．传统的 TIG 焊能获得优良的焊缝，但存在焊缝熔深小的问题，中厚板需要开坡口进行多道焊或者加大焊接热输入，这样焊接效率低，而且焊后组织粗化严重，使用性能急剧下降．A-TIG 是在待焊工件表面涂覆活性剂后进行TIG 焊的一种高效的焊接方法，活性剂的使用可以明显增加熔深．目前国内外碳钢、铝合金、钛合金、奥氏体不锈钢等相关的 A-TIG 研究较多[2-6]，针对铁素体不锈钢的研究鲜见报道．笔者针对 430 铁素体不锈钢进行了单组份和多组分的 A-TIG 焊实验，分别研究了活性剂对焊缝熔深、微观组织和力学性能的影响规律．1 实验条件实验用 430 铁素体不锈钢板规格为：300,mm×150,mm×3.2,mm，其化学成分如表 1 所示．所使用的焊接设备包括 Fronius 公司生产的 Magic Wave 4000型数字化TIG 焊机、自动焊接工作台、按压式夹具等．实验时工件固定在夹具上，焊枪随着小车作匀速直线运动，这样可使焊接过程中弧长和焊接速度保持稳定．为了减少焊接缺陷，提高焊缝质量，焊前应对焊板进行表面处理，具体方法为用240#砂纸对钢板表面进行打磨，然后用无水乙醇进行清洗，以去除表面杂质和氧化膜，待其干燥后可以进行活性剂的涂覆．表1 430铁素体不锈钢化学成分Tab.1 Chemical composition of 430 ferriticstainless steel %ωC ωCr ωSi ωMn ωP ωS ωNi ωMo≤0.1216.00～18.00 ≤0.75 ≤1.00 ≤0.04 ≤0.03 ≤0.60 2.00～3.002 单组分活性剂对焊缝熔深的影响研究单一组分活性剂对焊缝熔深的影响规律，是进行多组分活性剂实验的基础．在查阅文献[2,4-5,7]的基础上，选用了氧化物和卤化物2 种类型的活性剂，包括B2,O3、Cr2O3、SiO2、TiO2、MnO2、MgO、CaO、KCl、CaF2、NaF，经电子天平精确称量后，加入适量无水乙醇调和成糊状，用扁平毛刷均匀涂覆到待焊工件表面，涂覆宽度为20～30,mm，厚度为0.5,mm左右．首先测量每种活性剂对应的临界熔透电流值，以初步了解每种组分对于焊接熔深影响的大小及对应的成形状况，焊接规范见表 2．焊接电流从 90,A 开始，每次增加 5,A，直至找到临界熔透电流值．每焊完一道后，均要重磨钨极并重新调整钨极高度，以保证焊接条件的一致性．表2 A-TIG焊接规范Tab.2 Welding parameters of A-TIG弧长/mm焊接速度/(mm·s-1)钨极直径/mm焊枪倾角/(°)保护气流量/(L·min-1)2 4 2.4 90 10实验结果如图1 所示，可见所用活性剂均能使焊接临界熔透电流值减小，即涂覆活性剂后可以在较小的热输入条件下使 3.2,mm 钢板熔透．氧化物类活性剂对减小焊接临界电流的作用比较明显，B2O3、Cr2O3、SiO2、TiO2、MnO2、CaO都能使临界熔透电流降低80,A 以上，效果最好的B2O3 甚至能将临界熔透电流降为空板焊接时的 42.3%；卤化物 KCl、CaF2、NaF 效果均不明显．对于活性剂增加焊缝熔深的作用机理，国内外存在多种理论解释，其中最有代表性的是“电弧收缩理论” 及“表面张力温度梯度改变理论” [7-9]．活性剂中的F、Cl、O 都具有较强的电子亲和能力，能够引起电弧收缩效应，但同时 O 还能有效改变熔池表面张力梯度，增大焊缝熔深，因而氧化物的综合效果要普遍优于卤化物．选用氧化物类活性剂用表2 的规范在90,A 电流下进行焊接，焊后横向切割焊缝制备金相试样，腐蚀后在低倍光学显微镜下观察焊缝熔深，得到各组分活性剂对焊缝熔深的影响如图2 所示(D 为不同活性剂对应的熔深，D0 为无活性剂区的熔深)．从结果来看，所选活性剂均能不同程度增加焊缝熔深．其中增加效果较为明显的有 B2O3、SiO2、Cr2O3、TiO2．图1 单组分活性剂临界熔透电流Fig.1 Penetration currents of single component activating flux图2 单组分活性剂对焊接熔深的影响Fig.2 Effect of single component activating flux on weld penetration3 多组分活性剂对焊缝熔深的影响在单组分活性剂实验的基础上，选定 B2O3、Cr2O3、SiO2、TiO2 进行混合组分活性剂实验．(1) 进行任意2 个单组分活性剂等量混合实验，用表2 所示焊接规范，分别在110,A、120,A 的电流下进行焊接，观察焊缝熔透情况．(2) 进行多组分活性剂定量配比实验，用表2 所示焊接规范，分别在 105,A、110,A 的电流下进行焊接，观察焊缝熔透情况．等量混合单组分活性剂实验的结果如表3 所示，从表 3 中 2～5 组结果可以看出，Cr2,O3 和 TiO2 含量较大时，活性剂作用效果变差，因而在混合组分中含量不应太多．从表 3 中 2、3 和 4、5 两组对比可以看出，Cr2,O3的作用优于 TiO2．根据胡礼木等[10-11]的研究结果，多组元活性剂中的Cr2,O3 或有改善焊接接头“贫铬”，提高腐蚀性能的作用．结合实验结果，本实验最终确定活性剂配方的主要成分为：B2,O3(40%～80%)，SiO2(10%～20%)，Cr2,O3(10%～20%)，其配比如表 4所示．表3 等量混合单组分活性剂实验结果Tab.3 Results of the expriment with 1∶1single component activating flux序号活性剂焊缝情况1 B2,O3＋SiO2 110,A 时有小段熔透120,A 时完全熔透2 B2O3＋Cr2O3 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时有小段熔透3 B2O3＋TiO2 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时有局部点状熔透4 SiO2＋Cr2O3 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时有小段熔透5 SiO2＋TiO2 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时只有局部点状熔透6 Cr2O3＋TiO2 110,A 时没有熔透的迹象120,A 时只有局部点状熔透其中A 组在105,A,下全部熔透；B 组仅在110,A下有小段熔透；D 组在 110,A下大半段熔透，在105,A 下只有局部点状熔透；G 组在 110,A 下大半段熔透，在105,A 下只有局部点状熔透；H 组在 110,A下全部熔透，在 105,A 下只有部分熔透；剩下的 C、E、F 3 组在110,A 电流下均未熔透．通常认为：SiO2、Cr2O3、CaF2 等活性剂会在阳极表面形成导电性较差的熔融层，使得电弧导电通道变长而导致电弧等离子体发生收缩；B2O3、TiO2 等活性剂则能强烈改变熔池表面张力，使表面张力温度梯度由负变正，熔池金属流动方向从周边流向中心，从而使焊缝熔深增加．多组分活性剂综合了电弧收缩作用和表面张力温度梯度改变作用，因而比单组分活性剂的效果更为明显[12-13]．表4 多组分活性剂配比Tab.4 Proportioning of multi-component activating flux编号组分百分数/%A B2O3 80 SiO2 10 Cr2O3 10 B B2O3 70 SiO2 20 Cr2O3 10 C B2O3 70 SiO2 10 Cr2O3 20 D B2O3 60 SiO2 30 E Cr2O3 10 B2O3 60 SiO2 20 F Cr2O3 20 B2O3 50 SiO2 40 G Cr2,O3 10 B2,O350 SiO2 30 H Cr2,O3 20 B2,O3 40 SiO2 40 Cr2,O3 204 活性剂对焊缝组织性能的影响利用表2 所示焊接规范，在105,A 电流下对涂覆A 组活性剂和不适用活性剂的430 铁素体钢板进行焊接，焊后对焊缝区取样进行观察．如图 3 所示，在相同焊接条件下，不使用活性剂焊接钢板时，得到的熔深只有1.3,mm，是宽而浅的碗状熔深；使用活性剂后熔深可达 3.2,mm，是前者的2.46 倍，同时熔宽明显减少，呈现深而窄的杯状熔深.不使用活性剂的焊缝组织如图 4(a)和 4(c)所示，可见在焊接热循环的作用下铁素体组织较为粗大，并出现少量马氏体和析出相；使用活性剂的焊缝组织如图 4(b)和 4(d)所示，从图 4 中可以看出，使用活性剂后焊缝区铁素体的晶粒尺寸有所减小，这与活性剂中 Cr、B、Si 等合金元素引起的晶粒细化作用有关[14]．图3 焊缝宏观形貌(25×)Fig.3 Macroscopic morphology of the welds(25×)图4 焊缝微观组织Fig.4 Microstructure of welds利用表2 所示焊接规范，在105,A 电流下对使用A 组活性剂和不使用活性剂的430 铁素体钢板进行焊接，焊后进行拉伸实验并测量焊缝中心处显微硬度值，拉伸试样尺寸为150,mm×30,mm×3.2,mm，显微硬度测试中施加载荷为 1.96,N，载荷保持时间为10,s，实验结果见表 5．铁素体不锈钢由于焊后出现马氏体和析出相，因而显微硬度值与母材相比有明显提高．实验结果表明，与传统 TIG 焊相比，使用活性剂后焊缝抗拉强度和硬度变化不大．表5 室温下焊缝力学性能测试结果Tab.5 Results of the mechanical performances of the welds at room tempreture拉伸实验取样位置抗拉强度/MPa 断裂位置显微硬度Hv1.96母材 405.4 — 132 TIG 焊缝 411.6 母材226 A-TIG 焊缝 422.0 母材 2235 结论(1) 在铁素体不锈钢 TIG 焊中，所用活性剂均能降低其临界熔透电流并增加焊缝熔深．氧化物类活性剂的效果优于卤化物类活性剂，其中效果最好的B2O3 在焊接电流为 90,A 时能使临界熔透电流降低57.7%，焊缝熔深增加1.46 倍．(2) 多组分活性剂的作用比单组分活性剂更佳．使用 B2O3 单组分活性剂需要110,A 以上的电流才能使 3.2,mm 铁素体不锈钢板完全焊透，而同样条件下使用最佳配比的多组分活性剂时只需要 105,A的电流就可完全焊透．(3) 在本实验条件下，活性剂的使用可以大幅增加焊缝熔深，同时焊缝区铁素体的晶粒尺寸略有减小，焊缝力学性能则基本保持不变．参考文献:【相关文献】［1］孟威. 400 系铁素体不锈钢热轧板材力学性能及焊接性能的研究[D]. 兰州：兰州理工大学材料科学与工程学院，2009.Meng Wei，The Research of Mechanical and Weld Properties of 400 Series Hot Rolled Ferritic Stainless Steel Plates [D]. 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AZ31镁合金TIG氩弧焊接应力场的数值模拟
·１ ４· 元Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ １ ８ ５。
机 械 工 程 与 自 动 化 ２ ０ １ ２ 年第 ６ 期
运用 Ａ 一致 ， Ｐ Ｄ Ｌ 语言中的循环语句来控制局部坐标系 位置的逐步变换 ， 最后在焊接的过程中逐个对焊缝单元 进行激活 。 同时 ， 给激活的单元施加 生 热 率 ＨＧ Ｅ Ｎ 。每 一步计算完成之后 ， 删除该步的生热率 ， 重新进入下一 步加载计算 。 这样 ， 在焊接热源移动的同时 ， 正 在焊接 待焊接的单元是杀死的 ， 焊接过程就 的单元为激活的 ， 是一个逐渐激活焊缝单元的过程 ， 从而实现了整个焊接 过程的动态模拟 。 生热率的计算公式为 ： ／ （ ）。 ……………… （ ） ＨＧＥＮ ＝Ｑ Ａｗ ｖ×ｄ ｔ ３ ｅ ｌ ｄ× 其中 ： Ｑ 为 热 源 热 量， Ｑ＝μ Ｕ Ｉ， Ｕ 为 焊 接 电 压， Ｉ 为焊 接电流 ， 其值在 ０． 本 文μ ７～０． ９ 内， μ 为电弧热效率 ，
图 ２ 有限元模型
由于模型的对称 性 ， 本文只选取一半模型进行计 算 。 划分网格时 ， 在焊缝附近采用小尺寸网格 ， 随着离 焊缝距离的增大网格尺寸逐渐增大 ， 共得到单元 ８ ５ ６ ４ 个和节点 ４ ９ ５ １ ４ 个 。 有限元模型如图 ２ 所示 。
Ｔ ｋ （ （ ） … （ ｃ ＋ｄ ｉ ｖ ｕ Ｔ） ＝ｄ ｉ ｖ ｒ ａ ｄ Ｔ） ＋ Ｓ １ ｇ Ｔ 。 ρ ρ ｔ ｃ ） 当不考虑传质过程时方程 （ 可以展开为 ： １ Ｔ （ ｋ Ｔ） （ ｋ Ｔ） （ ｋ Ｔ） ｃ ＝ ＋ ＋ ＋ ρ ｔ ｘ ｃ ｘ ｚ ｃ ｚ ｙ ｃ ｙ 。 ……………………………………………… （ ） ２
成这些缺陷的主要原因是焊接过程当中不科学的热输 入 。 因此对焊接温度场和应力场进行理论与实验研究 在工程实践中具有重要的价值和意义 。 本文以开 Ｖ 形 坡 口 镁 合 金 薄 板 对 接 为 例 ， 利用 ［ ２， ３］ 。 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ 软件对其焊接过程进行了模拟分析 １ 数学模型 在进行温度场计 算 时 ， 焊接过程可以简化为一个 非线性瞬态传热过程 。 其温度分布可以根据能量守恒
A-TIG焊接简述
在各种焊接方法中，TIG焊是典型的热传导型焊接方法，焊接过程平稳，焊缝质量良好，焊接操作时工作环境优越，因此得到了广泛的应用[1]。
但值得注意的是，传统TIG焊接有个较为明显的弱点，即焊缝熔深较浅、生产效率低，原因是受限于传统TIG焊接钨极的载流能力。
于是如何提高TIG焊接的生产效率成为了每一个焊接工作者的奋斗目标。
而活性化焊接A-TIG焊（Activating flux TIG welding）正是近几年兴起的这样一种绿色高效焊接技术，并受到人们越来越多的关注与亲睐[2]。
活性化焊接是把某种组分（单一组分或者混合组分的物质成分）的活性剂涂敷在焊件母材的焊接区，在与传统TIG焊相同的规范下进行焊接，焊接熔深将大幅度的提高。
传统TIG电弧在进行钢、铝合金等材料的焊接时，由于电弧本身的原因，在使用正常规范焊接参数的情况下，综合考虑焊缝深宽比以及成形方面的要求，通常单道焊接只能获得非常小的熔深。
这个原因导致传统TIG焊在遇到厚度较大的板材或管材时，如果需要焊缝成形良好，并且背面完全熔透，就需要进行多层焊接，且要在焊接前进行坡口加工。
如此，不仅工序复杂，还降低了生产效率。
而活性化焊接法就是在这样的一个时代背景下由前苏联巴顿焊接研究所（PWI）在20世纪60年代中期所提出，80年代初期，该种方法就在各种材料（尤其是钢、钛合金）的焊接中取得了良好的结果。
活性化焊接的原理实际上是焊前在待焊区域涂敷某种活性焊剂，焊接过程中在活性焊剂的作用下引起焊接电弧收缩，电弧能量密度增加，电弧力增大，最终导致焊缝熔深增加的一种焊接新工艺[3]。
在A-TIG焊接工艺中，一般采用I字型坡口，在焊接不锈钢材料时，其单层焊的熔深相对传统TIG焊接可以增加2~3倍左右，对于8mm厚度的304不锈钢板可以不开坡口一次获得较大的熔深或一次性焊透[4]。
对于6mm厚度的6061铝合金材料的焊接也能取得相对传统TIG焊接较好的结果。
这样使得TIG焊接的发展应用具有很大的优势，不仅可以大大提高生产率，降低生产成本，同时还可以获得较高质量的焊缝，还使得TIG焊接不仅仅局限于薄壁焊接和厚大构建的打底焊接。
AZ31镁合金A—TIG焊的研究
关键 词 Ａ～ＴＧ焊 ， Ｚ １ 熔深 ， Ｉ Ａ３ ， 深宽 比
Ａ —Ｔ Ｇ ｅ ｄ ｎ ｆＡＺ Ｍａ ｎ ｓｕ Ａｌ ｙ Ｉ Ｗ ｌ ｉ ｇ ｏ ３１ ｇ ｅ ｉ ｍ ｌ ｏ
Ｘｕ Ｊｅ ｉ ＬｕＺｌ ｉ ｉ ｉ Ｓ ｅ ｆ ｈ ｎ Ｙｉ ｕ ＬｕＳ ｉ ｉ ｈｆ ｕ
１ 前 言
才在 欧美 国家 的研究 机 构 （ Ｅ 和 Ｔ 等 ） 如 ＷＩ ＷＩ 开展 广泛 的研 究 Ｊ 。在 Ａ —ＴＧ 焊 接 机 理 研 究 方 面 ， Ｉ 国外 已经 提 出了熔池 表 面张力影 响理论 和 电弧收缩
镁合 金 的密度 在所有 结构用 金 属及合 金材料 中 是最 低 的 ， 镁合 金具 有 比强度 高 、 比模量高 ， 减振性 、 电磁屏 蔽和抗 辐 射能 力 强 ， 切 削加 工 及 易 回收等 易 特 点 ， 航空 航天 领 域有 极 其 重 要 的价 值 和 广 阔 的 在 应用前 景 。近年 来 ， 由于镁 合 金 在 汽 车和 摩 托 车上
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｆ ｃ ｆａ ｔ ａｉ ｇ ｆ ｅ ｔ ｉ ｇｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｎ ｗｅｄ ｆｒ ｎ ｕ ｎ ｈ ・Ｔ Ｇ ｌ ｎ ｆ ｔａ ｔ ｅ ｅｆ ｔｏ ｃ ｉ ｔｎ ｕｘ ｓ ｗ ｈ ｓｎ ｌ ｏ ｏ ｅ ｔｏ ｌ ｏ ｍｉ ｇ ｄ ｒ ｇ ｔ ｅ Ａ — Ｉ ｗｅｄｉｇ ｏ ｅ ｖ ｌ ｉ ｉ ＡＺ ３１ ｍａ ｎ ｓｕ ａｌｙ ｉ ｔｄｉｄ ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｇ ｅ ｉｍ ｌｏ ｓｓｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｔｈ ｘ ｅｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｏ ￣ｅ ｉｈ ｗｅｄ ｍａ ｅ ｗ ｔｏ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ，ｅ ｍｐ ｄ ｗ ｔ ｌ ｄ ｈ ｕ ｌ ｉ ｌ ｘ，ｔ ｅ ｗｅ ｄ ｂ ａ ｅ ｅｒ ｔｏ ｎ ｌ ｅ ｔ ｏｗ ｄｈ ｒ ｔ ｒ ｒ ａｌ ｎｃｅ ｓ ｄ ａｔｒａ ｐ ｙｎ ｕ Ｏ２ Ｓ Ｏ２ Ｃｒ ｆｕ ｈ ｌ ｅ ｄ ｐ ｎ ｔａｉｎ ａ ｄ ｗｅｄ ｄ ｐｈ ｔ ｔ ａｉ ａ ｅ ｇ ｅ ｔｙ ｉ ｒ ａ ｅ ｆｅ ｐ ｌ ｉｇ ｆ ｘ Ｔｉ ， ｉ ， ２ ｉ ｏ ｌ Ｏ ， Ｃ１ ｎ Ｃ１ ｏ ｇ ｅ ｉｍ ｌｙ．Ｈｏ ｖ ｒ，ｔ ｅ ｆｕ ｕ ｒｄ ｓ ｎ ｔｕ ｅ ｕ ｒ ｔｅ ｗｅｄ ｐ ｎ ｔａ ｉｎ， ｎ ｌ Ｃｄ ２ ｄ Ｃａ ，ｆｒｍａ ｓｕ ａ ｏ ａ ｎ ｌ ｗｅ ｅ ｈ ｘ ｆ ｏ ｅ ｉ ｏ ｓ ｆ ｌｆ ｈ ｌ ｅ ｅｒ ｔ ｌ ｌ ｉ ｏ ｏ ａ ｄ ｗｅｄ ｃ ａ ｅ ｔ ｕ Ｆ２ｉ ｒ ｃ ｅ ．Ａｓｆｒ ｔｅ ＡＺ ｍａ ｎｅ ｉｍ ｌｙ，ｔ ｅ ｅｆｃ ｆｆｕ Ｃ１ ｓ ｔ ｅ ｂ ｓ ． ｏ ｔｄ ｗ ｈ ｆ ｘ Ｃａ ｓｃ ａ ｋ ｄ ｉ ｌ ｈ ３１ ｇ ｓｕ ａ ｏ ｏ ｌ ｈ ｆｅ ｔｏ ｘ Ｃｄ ２ｉ ｈ ｅ ｔ ｌ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ Ａ —Ｔ Ｇ ｌ ｉ ｇ， ｄ Ｉ ｗｅ ｄ ｎ ＡＺ３１， ｅｄ ｐ ｎ ｔａ ｉｎ ｄ ｐｈ， ｅｄ ｄ ｐ ｈ ｔ ｄ ｈ ｒ ｔｏ Ｗ ｌ ｅ ｅｒ ｔｏ ｅ ｔ Ｗ ｌ ｅ ｔ ｏ ｗｉ ｔ ａｉ
铝镁合金熔化极脉冲MIG焊接技术研究
铝镁合金熔化极脉冲MIG焊接技术研究摘要:镁铝合金材料,其美观,轻质的特性深受消费者喜欢。
交流钨极氩弧(TIG)焊接此显然达不到施工标准了。
这需要引起新的焊接设备和新的焊接技术才能保证铝镁合金这种高质量要求的焊接施工按施工要求完成施工。
关键词:铝镁合金焊接MIG焊接1 铝镁合金熔化极脉冲MIG焊接技术要点分析铝镁合金具有很高的导热、导电性,如果长时间对其焊接的化会使整个焊体产生大量的热和电,这对施工的安全产生了重大的隐患,所以在对铝镁合金进行焊接的过程必须确保大功率、高热源、能量集中的焊接设备进行快速焊接,这样可以在瞬间完成焊接的同时确保施工的安全。
铝镁合金受到高温熔成液态,其颜色没有很大的变化,这对判断主体的温度和焊接施工的程度带来了一定的难度,所以要经过长期的实践不断的提高焊接技术,从而解决其对焊接施工所带来的困难。
2 铝镁合金熔化极脉冲MIG焊接设备与材料2.1 铝镁合金熔化极脉冲MIG焊接设备要求铝镁合金熔化极脉冲MIG焊接设备要求应具备焊接和收弧可调节功能。
推荐使用数字熔化极脉冲MIG/MAG焊机[2]。
可以搭配四轮双驱推丝式送丝机结合使用,这样能够保证焊接过程保证输送焊丝的稳定性。
为了保证电弧的稳定性,采用U形轮作为导丝轮,注意导丝轮的直径要相对于焊丝直径略大,压丝的时候不要过紧,这样可以确保比较软的铝镁合金焊丝能够正常输送,不会造成铝镁合金焊丝的变形。
在铝镁合金焊接过程中电流瞬间集聚这使得铝板很容易产生较大的热量,这给导电嘴施加了很大的热量,所以导电嘴的选择要是使用专业的铝合金材料制作而成,其直径尺寸要比焊丝的直径尺寸大,这样可以方便焊丝输送。
铝镁合金的焊枪使用的是推丝式碳素特氟龙导丝管,因为在焊接过程中会产生一定的热量,可能导致导丝管受热变形或者损坏,焊枪使用水冷式可以为焊接过程降温,并且使用长度约为30cm左右的铜合金导丝管可以防止导丝管变形,导丝管尾部连接送丝轮“导管”的部分使用用碳素特氟龙导丝管不使用铜或者铁的材料这样可以防止导电,在使用过程中要注意焊枪不要漏水防止导电消除安全隐患。
A—TIG焊接方法发展现状
A—TIG焊接方法发展现状总结了近年来国内A-TIG焊主要研究方向及研究成果以及A-TIG焊工艺存在的问题。
标签：A-TIG；活性剂；电弧收缩；表面张力前言TIG焊的单道焊缝熔深浅、熔敷率低，是一种低效率的焊接方法。
A-TIG焊是在传统TIG焊接前将很薄的一层表面活性剂涂敷在施焊板材表面，焊接时活性剂引起焊接电弧收缩或熔池内金属流态发生变化，在相同的焊接规范下使焊接熔深显著增加。
从20世纪60年代中期乌克兰巴顿焊接研究所提出卤化物组成的活性剂针对钛合金的氩弧焊接技术至今，各国研究者在活性剂的熔深增加机理、不同材料的活性剂研发、活性剂成分的改进、活性焊接技术与激光焊接技术结合等方面做了大量试验研究工作，并达到了一定的实用化、商品化水平。
1 A-TIG工艺特点A-TIG焊最重要的特点在于使用活性剂。
活性焊剂一般为细粉状，为便于涂敷及防止焊接时被保护气体吹散，应用易挥发的溶剂将其溶解成糊状，焊接前均匀地涂覆在焊缝两侧[1]。
工业生产中则多把活性剂配制成可以直接使用的溶剂或喷剂，其用量应根据工件的厚度、焊接条件和所需解决的技术问题决定。
A-TIG焊接技术最大的优点在于对熔深的增加效应上。
该技术可以在保持TIG焊接强度、抗晶间腐蚀性能等优点的前提下，增加焊接深深、减小变形、消除气孔、提高生产效率[2]。
A-TIG焊技术在现有焊接装备的前提下，采用活性剂技术，获得了大熔深、高效率、高质量的优点，可以先进的激光焊、电子束焊接相比，而成本却较低。
2 研究现状A-TIG焊由于能显著增加焊接熔深，在不锈钢、有色金属的焊接中有广泛的研究。
目前国内外研究主要集中在针对不同母材的工艺使用、活性剂配方、电弧机理、数据仿真等方面。
2.1 工艺使用A-TIG焊工艺使用主要集中在不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金等材料的焊接中。
南京航空航天大学徐杰等人針对AZ31铝合金的A-TIG焊工艺进行了研究。
研究了在A-TIG焊中单一成分的活性剂和涂敷量对焊缝成形的影响。
镁铝异种金属焊接的若干方面阐述
镁铝异种金属焊接的若干方面阐述1 概述进入21世纪以后，资源和环境的平衡以及可持续发展已经成为人类的首要问题，节能和环保已经成为现代产业的突出特点。
镁合金作为目前世界上最轻的金属工程结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振降噪能力强、电磁屏蔽性能优异、抗辐射、切削加工和热成型性好、可焊接，对碱、煤油、汽油和矿物油具有化学稳定性，易于回收利用等优点。
镁合金在汽车、摩托车等交通工具、仪器仪表、电子电器、化工冶金、航空航天、国防军工等领域获得了广泛的应用。
镁合金作为一种结构材料，在工程实际应用上就要考虑其连接的问题，焊接是最常用的连接方法。
镁合金自身特性决定了焊接性能较差，难以实现可靠连接。
目前镁合金焊接技术已成为了一个世界性的技术问题。
铝合金具有比强高、延展性好、导电性好、抗腐蚀性好，又便于回收再利用等特点，在很大程度上满足了现代工业对轻质、高强、节能方面的要求，特别是航空航天、汽车制造等行业，铝合金已经成为应用最广泛的有色金属。
铝合金作为应用广泛的轻金属其主要的连接技术是焊接，并且对常规焊接方法的研究已经比较成熟。
镁和铝作为两种最具有应用前景的有色轻金属，对它们交叉使用的研究是十分必要的，如果要实现镁/铝异种金属结构的有效连接，焊接将成为其主要的连接方法。
这样也会扩大镁合金、铝合金结构件在高新技术领域的应用。
2 镁/铝异种金属的焊接特点在镁/铝异种金属的焊接过程中往往存在熔化和结晶的过程，而且生成的金属间化合物会对接头性能产生关键性的影响。
镁/铝异种金属的焊接特点主要有下面的几点：（1）镁和铝极易氧化。
Mg和Al均属于活泼金属，很容易与氧结合形成MgO 和Al2O3氧化膜，尤其是Al2O3结构致密且熔点很高（2050℃），很难将其去除。
这不仅阻碍两种金属的连接，而且使接头区容易产生夹杂、裂纹等缺陷，使接头结合性能变差。
（2）镁和铝液态时相互溶解度小。
由于镁是密排六方结构，铝是面心立方结构，两者晶体结构的不同是两者之间相互溶解度差的主要原因之一。
TIG焊接篇(中文)
焊接基础TIG焊接篇核融合实验炉用线圈的TIG焊接TIG电弧液态氦容器(磁悬浮列车用TIG焊接) 株式会社DAIHEN(OTC)焊株式会社DAIHEN(OTC)焊机基础知识培训教材由以下各篇构成:1NO.T-A09501电弧焊的基础篇6 其他电弧焊2NO.T-B29502CO2/MAG焊接7NO.T-M09507焊接材料的基础知识3NO.T-B35903本册是MIG焊接8NO.T-F29508等离子切割4NO.T-B49504TIG焊接9NO.T-G19509工业用空气清洁机5NO.T-B19505埋弧焊接10NO.T-S09510株及会社DAIHEN焊机的安装调整的一般知识DAIHEN(OTC) TIG焊接讲座教材目录1、TIG焊接的原理------------------------------------------------------------------- 11-1 序言-------------------------------------------------------- 11-2TIG焊接的原理----------------------------------------- 12、TIG焊接的起弧方及 ------------------------------------------------------------ 23、TIG焊接的主要特点 ------------------------------------------------------------ 34、TIG焊接的分类4-1 各种TIG焊接的比较---------------------------------- 44-2 直流TIG焊接法---------------------------------------- 54-3 交流TIG焊接法---------------------------------------- 64-4 脉冲TIG焊接法---------------------------------------- 7~104-5 其他TIG焊接法---------------------------------------- 11~125、TIG焊接设备5-1 TIG焊接电源 ------------------------------------------------ 12~165-2 TIG焊接设备的主要构成及功能------------------------ 16~235-2-1 逆变控制及TIG焊接电源 ----------------------------------- 16~195-2-2 TIG焊枪19~215-2-3 钨电极21~225-2-4 附属件22~236、TIG焊接操作的基础6-1 电极的伸长度 ------------------------------------------- 246-2 TIG焊接的操作要领----------------------------------- 24~257、TIG焊的一般焊接规范 --------------------------------------------------------- 268、有关TIG焊接的主要用语及解说--------------------------------------------- 27~281.TIG 焊接的原理1-1序言TIG(TIG=Tungsten Inert Gas 的简称)焊接是在惰性气体保护中使用钨电极进行焊接的方法,在1930年得到开发成功。
活性元素镁对铝合金真空钎焊接头性能的影响
收稿日期:2006-06-30基金项目:国防基础科研项目(K 1101020302)活性元素镁对铝合金真空钎焊接头性能的影响 梁 宁1, 沈以赴2 (1.中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥 230031; 2.南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016)摘 要:采用真空钎焊方法对3A21铝合金进行了试验,针对固态高纯镁在真空下加热挥发的特性,试验研究了炉膛中放置不同质量的活性元素镁对铝合金真空钎焊接头性能的影响。
采用材料万能试验机和金相显微镜获得并分析了接头力学性能和显微组织。
结果表明,比较炉膛内放置三种不同质量镁的钎缝抗剪强度,当单位体积镁质量达到235g/m 3时其强度最高,达到78MPa ;金相组织显示,真空钎焊接头中主要强化相为Mg 2S i ,单位体积镁质量达到235g/m 3时钎缝区宽度最小,约0.06mm ;通过获取不同产品在325℃以上的停留时间,可定量掌握炉膛预置固态镁质量。
关键词:活性元素;真空钎焊;力学性能中图分类号:TG 454 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2007)07-061-04梁 宁0 序 言铝合金表面的氧化膜Al 2O 3十分稳定,其熔点在2000℃以上,即使在高真空度下也难以分解。
镁具有密排六方晶体结构,具有良好的活性,对真空钎焊可起到有利的作用。
自从Miller 发现镁蒸气在真空钎焊中能促进钎料的流动性以来,使用镁作活化剂的方法已成为常规真空铝钎焊的正式工艺[1]。
在镁蒸气中实现铝合金的真空钎焊是Миллером于1962年提出的[2]。
镁蒸气的作用有多种说法,通常认为,镁的蒸气压高,沸点低,在真空中挥发的蒸气能去除真空中残留的氧和水分,从而降低氧分压,提高有效真空度;镁蒸气一方面保护氧化膜龟裂的表面,另一方面还通过龟裂处渗入膜下母材表层与扩散的硅一起形成低熔点的Al -Si -Mg 合金而熔化,从而破坏氧化膜与母材的结合,使熔化钎料沿铝表面润湿和铺展[3]。
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收稿日期:2006-07-12基金项目:有色金属新材料国家重点实验室开放基金(SK L04002);教育部博士学科点专项基金资助项目(20040731001)活性剂对镁合金交流A -TIG 焊的影响黄 勇, 樊 丁, 杨 鹏, 林 涛(兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州 730050)摘 要:分别以单质T e ,T i 和S i ,氧化物S iO 2,T iO 2和V 2O 5,卤化物MnCl 2,CdCl 2和ZnF 2作为表面活性剂进行了镁合金交流A -TIG 焊,研究了活性剂对焊缝成形和组织的影响规律。
T e 粉,ZnF 2和CdCl 2都能明显增加熔深,其中T e 粉使熔深达到传统TIG 焊的1.6倍,焊缝深宽比达到0.43。
T i 粉对焊缝熔深熔宽几乎没有影响。
V 2O 5,S iO 2,T iO 2,MnCl 2和S i 粉都使得焊缝熔深熔宽减小。
在三种明显增加熔深的活性剂中,T e 粉和ZnF 2都使得焊缝组织晶粒细化,而CdCl 2使得焊缝组织晶粒略有粗化。
结果表明,活性剂增加镁合金A TIG 焊熔深主要与活性剂粒子和电子复合导致电弧收缩有关。
关键词:镁合金;交流A TIG 焊;活性剂;熔深中图分类号:TG 444 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2007)06-041-04黄 勇0 序 言镁合金由于具有密度小、比强度和比刚度高、导电导热性好、阻尼特性好、电磁屏蔽能力强、机械加工性能好和可回收利用等一系列突出优点,成为理想的结构功能材料。
中国镁储量居世界第一,年产量和出口量也都居世界第一[1],镁合金材料的开发和加工成形受到人们高度重视,焊接作为镁合金的主要连接手段,成为镁合金研究领域的热点之一[2]。
A TIG 焊(activating flux TIG welding )是一种简单、高效、节能的焊接方法,通过在传统TIG 焊前将很薄的一层表面活性剂涂敷于待焊焊道表面然后进行正常焊接,可使焊接熔深显著增加,焊接效率大大提高。
同时,A TIG 焊还可以减小焊接热输入和焊接变形,减少焊接气孔和母材中微量元素的影响,从而提高焊接质量。
鉴于A TIG 焊的突出优点,国际上包括PWI ,T WI ,EWI 和JWRI 等在内的知名焊接机构都开展了相关研究。
其研究热点主要集中在两方面,一是适用于各种金属材料的表面活性剂的研制和应用[3-6],一是表面活性剂增加焊接熔深机理的研究[7-14]。
A TIG 焊接技术也已经被引入到镁合金的焊接。
Marya 等人[7]研究了氯化物对直流正接A TIG 焊的影响。
张兆栋等人[8]研究了氧化物和卤化物对交流A TIG 焊的影响,徐杰等人[9]研究了氧化物和氯化物对交流填丝A -TIG 焊熔深和焊缝组织的影响。
试验研究了单质、氧化物和卤化物对镁合金交流ATIG 焊焊缝成形和组织的影响,这将为镁合金ATIG 焊活性剂研制和熔深增加机理研究奠定基础。
1 试验方法试验用镁合金为AZ31B ,试件尺寸为300mm ×100mm ×5mm ,化学成分如表1所示。
试验采用的表面活性剂,单质分别为T e 粉,T i 粉和Si 粉,氧化物分别为SiO 2,T iO 2和V 2O 5,卤化物分别为MnCl 2,CdCl 2和ZnF 2。
焊接方法采用交流TIG 焊进行工件的表面熔焊,焊接工艺参数为焊接电流120A ,焊接速度340mm/min ,氩气流量20L/min ,弧长2mm ,钨极伸出长度3mm ,钨极直径3.2mm 。
表1 试验用镁合金AZ31B 的化学成分(质量分数,%)Table 1 Chemical compo sition of AZ31B magne sium alloyAl Zn Mn S i M g3.000.900.310.02余量 焊接前先用丙酮擦拭工件表面以除去表面油污,然后用细钢丝刷刷净,直到露出金属光泽为止。
将活性剂用丙酮溶解,搅拌成糊状后用毛刷均匀地涂敷在工件表面,以遮盖原有的金属光泽为宜。
为了保证试验数据的一致性与可比性,必须保证焊接过程中所有焊接工艺参数精确设定,并且无活性剂区和有活性剂区焊缝的焊接要一次完成。
焊接结束第28卷第6期2007年6月焊 接 学 报TRANS ACTI ONS OF THE CHI NA WE LDI NG I NSTIT UTI ONVol.28 No.6June 2007后,测量出无活性剂和有活性剂作用时的焊缝熔深和熔宽,比较不同活性剂对焊缝成形的影响,并针对熔深明显增加的焊缝进行光学显微组织观察。
2 试验结果2.1 活性剂对焊缝熔深熔宽的影响图1为镁合金交流A -TIG 焊的焊缝横截面形貌。
可以看出,不同活性剂对焊缝熔深熔宽的影响不同。
在三种单质活性剂中,T e 粉能显著增加熔深,达到传统TIG 焊的1.6倍,但对熔宽几乎没有影响,焊缝深宽比达到0.43;T i 粉对焊缝成形几乎没有影响;Si 粉使得焊缝熔深熔宽都明显减小,焊缝深宽比为0.22。
而对于三种氧化物活性剂,V 2O 5,SiO 2和T iO 2都使得焊缝熔深熔宽减小。
在三种卤化物活性剂中,ZnF 2使得熔深明显增加,达到传统TIG 焊的1.3倍,熔宽几乎不变,焊缝深宽比为0.36;CdCl 2也使得熔深达到传统TIG 焊的1.3倍,熔宽明显减小,达到传统TIG 焊的0.8倍,焊缝深宽比达到0.48;MnCl 2使得焊缝熔深熔宽都略有减小,焊缝深宽比为0.35。
图1 镁合金交流A -TIG 焊的焊缝横截面形貌Fig.1 Weld cro ss 2sections of AC A -TIG welding of magne sium alloy2.2 活性剂对焊缝组织的影响图2为采用光学显微镜观察到的镁合金交流A TIG 焊焊缝组织。
可以看出,在进行镁合金A TIG 焊时焊缝组织都和传统TIG 焊时的一样,为等轴晶组织。
这是由于镁合金具有高导热率的物理特性和试验采用高速焊接工艺参数所导致的。
在增加熔深最明显的三种活性剂中,T e 粉和ZnF 2都使得焊缝组织细化,而CdCl 2使得焊缝组织略有粗化。
3 讨 论表面活性剂对A TIG 焊熔深的影响因素很多,既有力的因素,也有热的因素。
以往所提出的电弧收缩理论[10,12]和表面张力梯度改变理论[13,14]分别从活性剂影响TIG 焊电弧行为和焊接熔池行为两方面进行了分析,但还没有形成统一的认识。
对于镁合金,以往的研究都认为与电弧因素有关,而与活性剂改变熔池表面张力梯度无关。
Marya 等人[7]研究了氯化物对直流正接A TIG 焊和小功率激光焊的影响,从热的因素进行了分析,认为活性剂增加了焊接热输入,而这与活性剂中金属元素的第一电离能有关。
张兆栋等人[8]研究了氧化物和卤化物对交流A TIG 焊和变极性等离子弧焊的影响,从力的因素进行了分析,认为与电弧收缩有关。
当热输入增加时,焊缝熔深熔宽同向变化,即熔深增加的同时熔宽增大。
当电弧收缩时,熔深熔宽变化方向相反,但由于电弧收缩同时会导致电压升高,热输入增加,所以熔深增加的同时熔宽有可能减小也有可能增大。
Si 粉,V 2O 5,SiO 2,T iO 2和MnCl 2使得焊缝熔深熔宽同时减小,有效热输入减少起主要作用;CdCl 2使得焊缝熔深增加的同时熔宽减小,T e 粉和ZnF 2使得焊缝熔深增加的同时熔宽几乎没有变化,T e粉,ZnF 2和CdCl 2增加熔深主要与电弧收缩有关。
活性剂在电弧作用下所经历的完整物理过程应该包括:熔化→蒸发→分解→电离和复合。
其中对于熔化和蒸发过程,一般认为是活性剂限制金属蒸发而使得电弧弧根收缩,这主要与活性剂熔沸点和电阻率有关;对于分解过程,一般认为是活性剂分解42 焊 接 学 报第28卷图2 镁合金交流A-TIG焊的焊缝组织Fig.2 Weld micro structure of AC A-TIG welding of magne sium alloy吸热使得电弧受冷收缩,这主要与活性剂分子的解离能有关;而电离和复合过程,一般认为是由于活性剂粒子的存在减少了电子数量,从而使得电弧收缩,其中电离过程与活性剂元素原子的电离能有关,复合过程主要与活性剂元素原子的电离能和电子亲和能有关。
表2所示为活性剂的熔点、沸点和标准摩尔生成热,表3所示为有关元素原子的电离能和电子亲和能。
表2 活性剂的热物理性能参数Table2 Thermal propertie s of activating fluxe s熔点T M/K沸点T B/K标准摩尔生成热ΔΗθf,298/(k J・m ol-1)T e ZnF2 CdCl272311488411282.417781234-764417-391622 对于熔化和蒸发过程,T e粉,ZnF2和CdCl2三者的熔沸点都远远小于SiO2的,T e粉作为半导体材料,ZnF2和CdCl2为离子化合物,其电阻率也远小于SiO2的,而SiO2并不能增加熔深,活性剂熔化蒸发过程对电弧的影响并不是活性剂增加熔深的主要原因。
关于分解过程对电弧的影响,SiO2的标准摩尔生成热为-910857k J/m ol,而T e粉是单质,ZnF2和CdCl2的标准摩尔生成热都低于SiO2的,其稳定性表3 原子的电离能和电子亲和能Table3 I onization potentials and electron affinitie s of atoms第一电离能I1/(k J・m ol-1)第二电离能I2/(k J・m ol-1)电子亲和能A/(k J・m ol-1) M gClFT eZnCd737.71251.21681.0869.3906.4867.81450.722983374.217901733.31631.4348.8327.9190.4不如SiO2,分解时需要吸收的热量较少,所以活性剂分解过程对电弧的影响也不是三种活性剂增加熔深的主要原因。
由此推断,活性剂如果影响电弧可能跟活性剂粒子在电弧中的电离和复合过程有关。
在电弧气氛中,粒子发生着电离和复合的动态平衡过程。
而ZnF2和CdCl2可能发生以下反应ZnF2∴Zn+2F,ZnF2∴Zn2++2F-,CdCl2∴Cd+2Cl,CdCl2∴Cd2++2Cl-。
对于电离过程,Cl,F,T e,Zn和Cd元素的第一电离能和第二电离能都高于Mg元素的相应各级电离能,所以这些元素原子在电弧中发生电离的几率较小,从而对焊接电弧的影响也较小。
对于复合过程,Zn元素和Cd元素都不会与电子复合,而F,Cl, T e元素三者的电子亲和能都很大,容易在电弧外围第6期黄 勇,等:活性剂对镁合金交流A-TIG焊的影响43的低温区域与电子复合。