一种用于镁合金的新型活性钨极氩弧焊接方法技术

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％。

A new type of active tungsten arc welding method for magnesium alloy

A method of nanometer enhanced active tungsten arc welding for magnesium alloy. The following steps are included: (1) the surface oil and oxidation layer can be removed by grinding the surface of the welded piece with coarse sand paper. (2) coating the surface of the weldment with mixed active agent. (3) the paste active agent is evenly coated on the surface of the sample with a flat brush. The coating width is about 40mm, and the coating thickness is about 0.3mm. (4) TIG welding is carried out after the acetone is volatilized. (5) after the completion of the welding, the morphology, microstructure and mechanical properties of the welded joint and the weld pool are observed. (6) the mixed active agent is mixed with TiO2 and CaF2 powder in proportion and is fully milled, adding a proper amount of acetone to make it a paste forming active agent. (7) the weight ratio of the above active agents is as follows: TiO2:60% ~ 65%, CaF2:35% ~ 40%.

【技术实现步骤摘要】
一种用于镁合金的新型活性钨极氩弧焊接方法
本专利技术属于材料加工领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术包括以下步骤：(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％。本专利技术具有以下有益效果：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。本专利技术优点是通过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。同时本专利技术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，对本专利技术进一步说明。但本专利技术的内容并不限于此。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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于镁合金新型活性钨极氩弧焊的方法，其特征在于，包括以下：将待焊件表面用粗砂纸打磨去除表面油污与氧化层，用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，待丙酮挥发后进行TIG焊接，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于镁合金新型活性钨极氩弧焊的方法，其特征在于，包括以下：将待焊件表面用粗砂纸打磨去除表面油污与氧化层，用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，待丙酮挥发后进行TIG焊接，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。2.权利要求1所述的混合活性剂由TiO2和Ca...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈骏，谢雄，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50