镁合金TIG焊接工艺及发展方向

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,镁合金,TIG,焊接工艺及发展方向,一,前言,二,镁合金,的,焊接特点,三,镁合金的,常用,焊接方法,四,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,五,镁合金,焊接研究,中的热点问题,六,总结,前 言,镁合金基本介绍,镁合金是工程应用中,最轻的金属材料,，,具有,密度低,、,比强度高,、,比刚度高,、,减震性高,、,易加工,、,易回收,、,资源丰富,等优点,，,被誉为,21,世纪最有发展前景的“绿色”工程材料,，在汽车材料、航空航天、军工、电子通讯、光学仪器、交通运输等领域有着普遍应用和很大发展。,前 言,年,代,镁合金发展及应用情况,1808,年,英国化学家,H.Davy,在实验室制得镁,1927,年,高强度镁合金,MgAl9Zn1,（,AZ91,）诞生,1930,年,德国,Alder,工厂将镁合金用于汽车制造,1935,年,苏联飞机设计师将镁合金用于飞机制造,20,世纪,80,年代,开发出高纯度压铸镁合金,AZ91D,1996,年,镁合金用于摄录机壳和笔记本电脑外壳,20,世纪,90,年代,镁合金开始在“,3C,”,类产品上大量应用,前 言,镁合金车轮,前 言,镁合金制成的单反机身,前 言,粗晶,镁的热导率高，,焊接时常采用大功率焊接热源。因而焊缝及热影响区金属易产生过热、晶粒长大现象，,尤其是热影响区更为严重。,镁合金,的,焊接特点,图为镁合金,zk60,粗晶金相图,氧化与蒸发,镁易与氧结合，在镁合金表面生成,MgO,薄膜，该薄膜会阻碍焊缝成形。在焊接高温下，镁易剧烈氧化和蒸发,(,沸点,1100),。,MgO,熔点高，密度大，易形成细小片状固态夹杂和氢气孔。,裂纹与热应力,镁合金热膨胀系数较大，镁液膨胀会受到压缩应力，当熔池凝固时，由于体积收缩，会受到拉伸应力。镁合金是典型的共晶合金，易与一些合金元素形成低熔点共晶。,镁合金,的,焊接特点,气孔,镁合金导热率高，熔池液态停留时间短，凝固速度快。加之镁合金密度较小，急速凝固时粘度变大，当气泡逸出速度小于金属凝固速度时，气泡滞留在熔池中形成气孔。,镁合金,的,焊接特点,镁及其合金在没有隔绝氧的条件下焊接时,易燃烧,，熔焊时需要用惰性气体或焊剂保护，但目前还没有有效的镁合金焊剂，而且焊剂也不能保护热影响区，目前,钨极气体保护电弧焊,(TIG),和,熔化极气体保护电弧焊,(MIG),是镁合金常用的焊接方法。此外镁合金还可采用,搅拌摩擦焊,(FSW),、,电阻点焊,(RSW),、,电子束焊,(EBW),和,激光焊,(LBW),等工艺进行焊接。,镁合金的,常用,焊接方法,熔化极氩弧焊（,MIG,）,熔化极氩弧焊特点：,(1),焊接速度快，生产效率高；,(2),由于以焊丝作电极，焊接适宜范围较窄；,(3),焊接电流过高时熔滴爆炸蒸发造成飞溅；,(4),焊接中要采用推拉方式的特殊送丝装置；,(5),市场上直径小于,1.6mm,的焊丝很少，对于焊接厚度小于,2mm,的工件，难以找到适配焊丝。,镁合金的,常用,焊接方法,镁合金,MIG,焊时可以有,3,种熔滴过渡形式：,短路过渡,、,脉冲喷射过渡,和,喷射过渡,。,镁合金的,常用,焊接方法,搅拌摩擦焊（,FSW,）,镁合金的,常用,焊接方法,搅拌摩擦焊（,FSW,）是一种新型的固相塑性连接工艺，焊接具有,焊接质量稳定,、,热变形小,、,节能环保,等特点。,FSW,焊接在镁合金焊接中效果良好，焊接接头的力学性能几乎与母材相同，抗拉强度达到母材的,90%,以上，可以使镁合金接头具有,优良的力学性能,。,FSW,焊是镁合金焊接中最具发展前景的焊接方法之一，固相连接避免了普通焊接方法存在的焊接缺陷，焊接接头力学性能较好，但其焊接工艺限制较多，搅拌头适应性差，磨损较快，工艺还不成熟，目前仅限于结构简单的构件。,镁合金的,常用,焊接方法,电阻点焊,(RSW),厚度为的镁合金薄板和挤压件常用电阻点焊来联接，电阻点焊前要求对工件实行严格的焊前清理，以获得尺寸稳定及优质的焊点。镁合金点焊对设备要求苛刻，因为它的热导率和电导率高，故要求焊接电流大，焊接时间短。要求焊机电极有快速移动系统。这样，当金属快速软化和变形时，可以维持焊点熔核上的压力不变，故应采用低惯性焊机。,镁合金的,常用,焊接方法,镁合金的,常用,焊接方法,激光焊（,LBW,）,激光焊接焊速高，质量好，无变形，无需真空条件，容易实现自动化焊接。焊接过程中，激光束照射到金属表面时，材料将瞬时汽化，并在束流压力和蒸汽压力的共同作用下，形成一个细长的小孔。小孔中的汽化金属被电离并将摄入的能量完全吸收，然后将热量传递给周围材料使之熔化，在小孔附近形成熔池。激光焊可以得到极小的熔化区和热影响区，并能净化焊缝，减少焊缝中的内应力、裂纹和气孔等缺陷。,镁合金的,常用,焊接方法,镁合金激光焊示意图,钨极惰性气体保护焊,（,TIG,）简介,钨极惰性气体保护焊（,TIG,）是目前镁合金最常用的焊接方法,，,是在惰性气体的保护下,，,利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充金属从而形成结合的一种方法。,1930,年，工业中镁的大量使用让,TIG,焊体现出了它的真正价值，,TIG,焊也伴随着铝、镁等金属的焊接需要而发展起来。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊工作原理示意图,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊是伴随着铝、镁等金属的焊接需要而发展起来的，因而,TIG,焊也是镁合金焊接中最常用的焊接方法。,镁合金焊接中多采用交流,TIG,焊，其具有,电弧稳定,，兼有,去除母材表面上的氧化膜,，,减少或避免焊缝中的氧化物夹杂,等优点。氩弧焊的热影响区尺寸及变形比较小，因而焊缝的,力学性能和耐腐蚀性能也比较高,。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊在镁合金焊接中的焊接工艺,(1),焊前准备,为防止腐蚀，镁合金通常都需进行氧化处理，使其表面有一层铬酸盐填充的氧化膜，这层氧化膜是焊接时的重大障碍，,焊前必须清除,。常用的有,机械清除法,和,化学清除法,。另外，镁合金氩弧焊时采用交流接法，且氩气对电弧冷却作用较小，电弧穿透能力不是很强，所以要根据工件厚度开不同形式的坡口。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,(2),焊接线能量,焊接电流和速度对焊接线能量起主导作用。通常镁合金焊接时均采用尽可能大的焊接电流和焊接速度，,因为小电流焊接时极易产生焊缝气孔，减小焊接速度会使输入的热量增加，,以致形成过热和热裂纹。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊接电流变化对,AZ31,焊接接头力学性能的影响,(3),氩气流量,氢是镁合金焊接时产生气孔的主要原因，,弧柱气氛中的水分、焊接材料、母材表面氧化膜的吸附水分，,对焊缝气孔的产生常常占有较大比例。在焊接过程中通过增加气体的流量可以显著地减小气孔的数量、体积，,并能减小焊缝中镁的损失，,从而提高焊接接头的力学性能。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,(4),焊丝化学成分,焊丝的化学成分对焊接接头的组织影响较大，一般选取,Al,含量低于母材组织的焊丝。,(5),电流和极性的选择,交流,TIG,焊，正接的半波时钨极可以发射足够电子而不过热，,有利于焊接电弧稳定。反接的半波时工件表面生成的氧化膜很容易被较重的正离子轰击而清理掉，,获得成形良好的焊缝。有研究表明,交流,TIG,焊比直流,TIG,焊时裂纹要少,。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,镁合金,TIG,焊焊接优缺点,TIG,焊接设备比较简单，运行成本低，灵活性大，可移动性强，便于现场操作，维护方便，普及率高，目前依然是镁合金焊接的主要方法之一。由于钨电极载流能力有限，所以一般只适用于厚度小于,6mm,的薄板焊接。,由于镁合金本身的性能特点，在焊接完成完后往往存在一定缺陷，,常见的缺陷有气孔、夹杂和裂纹，在生产实践中可通过焊补来弥补一定缺陷。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,活性剂焊接,（,A-TIG,焊,),介绍,活性剂焊接,(A-TIG,焊,),由乌克兰巴顿焊接研究所在,60,年代提出,，即,焊前在母材表面涂覆一层活性剂,，,在相同的焊接规范下,，与,常规,TIG,焊,相,比,，,可大幅度地提高焊缝熔深,，,减小焊接变形,，,同时还可大幅度提高生产效率,，,降低生产成本。,A-TIG,焊在,90,年代末,开始,被广泛研究,，目前,在,镁合金,上的研究也逐渐开展,，,将,A-TIG,焊方法应用于镁合金的焊接可以大大提高镁合金的焊接质量和效率,，,对镁合金的产业化具有重要现实意义。,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,TIG,焊在镁合金焊接中的应用,