一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法技术

本发明专利技术公开了一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法，其TIG补焊步骤的工艺参数需满足：焊丝直径1～4mm，焊接电流40～160A，氩气保护气的流量5～15L/min。镁锂合金工件补焊过程中的热影响区可分为固溶区和时效区，本发明专利技术对补焊后的镁锂合金工件进行固溶热处理，有利于减少焊接过程中存在的焊接热应力，同时使时效区的第二相固溶于基体中，使焊件整体得到了固溶强化，从而避免焊接过程中造成的时效软化。采用该焊接工艺所得到的焊缝力学性能优异，尤其是，焊缝的强度高；由该焊接工艺所得到的焊缝的成形性好，外观整齐，不发生变形；此外，该焊接工艺简单易行，方便操作，效率高且成本低；同时，在实施该焊接工艺的过程中无飞溅残余余料。残余余料。残余余料。

【技术实现步骤摘要】
一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法
[0001]本申请主张，2022年8月18日已申请的，申请号为202210994635.2的专利申请的优先权。


[0002]本专利技术属于焊接
，具体涉及的是一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法。

技术介绍

[0003]镁锂合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，其密度在1.35～1.65g/cm3之间，比标准镁合金轻20％～30％，被誉为“超轻合金”，并具有冷热变形能力强、各向异性不明显、电磁屏蔽性能好、良好的导电和导热性能、减震性能好、切削加工性和焊接性优良等优点，在航空航天、武器装备、3C电子产品、赛车等领域具有广阔的应用前景。
[0004]镁锂合金虽然具有许多优异的性能，应用领域不断扩大，需求量逐年递增，但因其具有特殊性质，极易在铸造过程中产生缺陷，这已是不可避免的工程问题，限制了镁锂合金更广泛的应用。镁与锂的化学活性高，在熔炼过程中容易被氧化和燃烧，凝固成形过程中易出现疏松、偏析、气孔、夹杂、冷隔等缺陷，这些缺陷会严重影响铸件质量，降低铸件的力学性能，且可能成为裂纹源，导致铸件在使用中发生断裂，必须予以解决。尤其在航空航天领域，许多重要的结构件均采用大型镁锂合金铸件，如航空光电吊舱、加速仪壳体等，获得了很好的减重效果，但此类构件结构复杂，存在多种情况下的异形曲面、内腔结构、壁厚突变等情况，进一步降低了铸造镁锂合金的一次合格率。面对当前铸造镁锂合金合格率较低的情况，除了在铸造过程中采取工艺措施和加强过程控制外，对铸件缺陷的焊接修复也是重要的质量保证措施。此外，镁锂合金工件在服役过程中产生的结构损伤，亦可通过焊接修复实现再制造，降低生产成本与周期。为此，镁锂合金工件焊接修复技术成为影响镁锂合金发展的关键。
[0005]国内外的一些学者通过搅拌摩擦焊、等离子弧焊、真空电子束焊以及钨极氩弧焊(Tungsten inert gas weilding,TIG)等焊接方法对镁合金进行了大量的研究,与其他焊接方法相比，TIG焊技术具有操作灵活,焊接效率高,焊接适应性强等优点,已被广泛应用于普通镁合金的焊接中,并取得了良好效果。经文献检索发现，LZ91镁
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锂合金TIG焊接接头组织与性能的试验研究(《轻合金加工技术》2017,45(01):61
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68)中记载了LZ91合金采用交流钨极氩弧焊(TIG)工艺进行焊接，焊材成形性能良好。然而，在TIG焊时,当高温的TIG电弧作用于低熔沸点的镁锂合金时,容易引起表面的凹陷,减少接头的承载面积。同时，在焊接过程中受到焊接热循环的影响，并且由于镁和锂具有很强的化学活性，容易氧化，焊缝存在严重的锂烧损问题，并会引入氧化夹杂物，以及热影响区的蒸发裂纹、气孔和烧穿等缺陷，这些缺陷将严重恶化接头的强度和塑性，这些问题都降低了镁锂合金焊接接头的整体力学性能，严重影响了镁锂合金的发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对镁锂合金工件在铸造过程中容易产生缺陷的问题，提供一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法，目的在于解决利用常规TIG工艺补焊过程中存在锂烧损、容易引入氧化物夹杂等因素导致的焊接接头性能差问题。
[0007]本专利技术公开了一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法，其TIG补焊步骤的工艺参数需为：焊丝直径1～4mm，焊接电流40～160A，氩气保护气的流量5～15L/min。镁锂合金工件补焊过程中的热影响区可分为固溶区和时效区，本专利技术采用固溶热处理对补焊后的镁锂合金工件进行固溶热处理，有利于减少焊接过程中存在的焊接热应力，同时使时效区的第二相固溶于基体中，使焊件整体得到了固溶强化，从而避免焊接过程中造成的时效软化。采用该焊接工艺所得到的焊缝力学性能优异，尤其是，焊缝的强度高；由该焊接工艺所得到的焊缝的成形性好，外观整齐，不发生变形；此外，该焊接工艺简单易行，方便操作，效率高且成本低；同时，在实施该焊接工艺的过程中无飞溅残余余料。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]本专利技术提供了一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法，所述补焊方法包括如下步骤：利用钨极氩弧焊(TIG焊)对待补焊工件进行填丝补焊；所述TIG焊接的工艺参数需满足：焊丝直径1～4mm，焊接电流40～160A，保护气的流量5～15L/min。
[0010]本专利技术是在保护气下进行的填丝的焊接，丝材的直径过小，丝材的填充效果不好，进行一次焊接后，沟槽未得到有效填充，焊缝依然可能存在凹陷，若是进行多次焊接填充，会引入更多的氧化夹杂，降低焊缝的力学性能；丝材的直径过大，丝材熔化需要更大的热输入，这就需要更大的焊接电流，焊接电流越大，氧化越严重，同时大直接丝材需要降低焊接速度，以保证丝材的熔化。另外，更大直径的丝材虽然填充量足够，但是也造成了材料的浪费。焊接电流对与焊缝的影响在于：若是焊接电流过小，虽然可以让丝材熔化，但是基体在焊接热影响下的温度较低，丝材熔化后的熔滴到达基体后，冷却速度过快，气体无法及时逸出，会产生气孔；若焊接电流过大，一是会造成严重的元素烧损，二是会导致焊后产生塌陷。氩气保护气的作用是为了保护焊接过程中不产生氧化，若氩气保护气流量过小，保护效果不足，氧化现象依然严重；而氩气保护气流量过大，虽然可以很好地起到保护的作用，但是会造成氩气的严重浪费。
[0011]优选地，补焊所用的填充焊丝与待补焊工件的成分相同。所述填充焊丝各组分的质量百分比为：6～14wt％Li，2～7wt％Zn，0.2～3％RE，余量为Mg和不可避免的杂质。所述杂质包括Fe、Si、Cu、Ni中的一种或几种，杂质总含量小于0.02wt％。所述稀土元素包括Yb、Gd、Dy、Er、Tb、Ho中一种或几种。
[0012]优选地，所述保护气为惰性气体，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡中的一种或几种。保护气优选为氩气。氩气的纯度达到99.9％。而氮气、二氧化碳等惰性气体，由于镁锂合金中镁和锂元素都为活泼元素，容易与之反应，所以氮气、二氧化碳等保护气体没有氩气的保护效果好。
[0013]本专利技术中镁锂合金TIG焊接过程中锂元素的烧损主要是锂元素与氧气反应生成烟雾以及在高热输入条件下先于镁蒸发，本专利技术在焊接过程中使用纯氩气作为保护气体，通过设置合理的保护气流量，在焊接过程中无可见烟雾，纯氩气保护气体减少或避免了烟雾的生成；通过对电弧电流、焊接速度等TIG工艺参数，使热输入控制在合理的范围内，从而减
少了锂元素的烧损。
[0014]优选地，所述补焊方法的步骤具体如下：
[0015]S1、将镁锂合金工件的待补焊区域采用钨极氩弧焊进行填丝补焊；
[0016]S2、对补焊工件进行固溶处理。
[0017]优选地，步骤S1中，待补焊区域的形状为半椭圆形，半椭圆形区域与母材表面平滑过渡。焊接前对待补焊区域和焊丝表面进行清洁。
[0018]优选地，步骤S2中，所述固溶处理采用的固溶温度为300～400℃，时间为2～24h。本专利技术镁锂合金TIG焊接工艺受益于细化晶粒的效果，所获得的细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少镁锂合金工件内部缺陷的补焊方法，其特征在于，所述补焊方法包括如下步骤：利用钨极氩弧焊对待补焊工件进行填丝补焊；所述钨极氩弧焊的工艺参数为：焊丝直径1～4mm，焊接电流40～160A，保护气的流量5～15L/min。2.根据权利要求1所述的补焊方法，其特征在于，补焊所用的填充焊丝与待补焊工件的成分相同。3.根据权利要求2所述的补焊方法，其特征在于，所述填充焊丝各组分的质量百分比为：6～14wt％Li，2～7wt％Zn，0.2～3％RE，余量为Mg和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的补焊方法，其特征在于，所述保护气为惰性气体，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的补焊方法，其特征在于，所述补焊方法的步骤具体如下：S1、将镁锂合金工件的待补焊区域采用钨极氩弧焊进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文才，刘宏杰，吴国华，孙家伟，陈培军，
申请(专利权)人：洛阳晟雅镁合金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：