专利名称：一种新型纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊接方法
技术领域：
一种新型纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊接方法。其特征在于在焊接之前，先将氧化物活性剂粉末和纳米陶瓷颗粒按比例进行混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状。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40 mm，活性剂的平均涂敷量为5 mg · cm—2。待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。
背景技术：
镁合金以其低比重、好的加工性能、丰富的天然储量而日益受到人们关注。与其它金属材料及工程塑料相比，镁合金具有高的比强度和比刚度、优良的阻尼减震性、电磁屏蔽性、机械加工性和铸造性能。镁合金将成为21世纪最重要的商用轻质结构材料。镁合金的广泛应用必然涉及到连接问题，焊接作为一种重要的连接方法自然也备受关注。在很多焊接方法中，例如=TIG焊、LBW焊、EBW焊、FSW焊等都已在镁合金焊接中得到了应用。TIG焊是用来焊接有色金属、不锈钢、镍基合金、钛合金等材料的常用方法。它的优点是焊接质量高，几乎可用于所有金属的连接。但TIG焊也存在焊接熔深浅、生产效率低的缺点。在上世纪60年代，乌克兰巴顿焊接研究所的专家根据焊缝中微量元素影响焊缝熔深的这一现象，于焊接前将含有某些微量元素的活性焊剂涂在待焊工件表面上进行焊接，用以影响焊缝的形状，从而达到有选择地控制焊缝形状的目的，随后的研究成果逐步形成最初的A-TIG焊接工艺。其中Marya等人研究了氯化物对直流正接A-TIG焊的影响。刘黎明等人研究了氧化物和卤化物对交流A-TIG焊的影响。徐杰等人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在钢的焊接中应用活性剂可获得比普通TIG焊3倍的熔深。以上研究主要解决的是钨极氩弧焊的熔深较浅和焊接效率低等问题，但是镁合金活性焊过程中由于活性剂的覆盖往往对焊接接头组织及性能造成不良影响。例如由于活性剂导热性差，覆盖在熔池表面，使得熔池的温度梯度减小，熔池冷却速度降低，导致了镁合金熔合区晶粒的严重粗化。这个现象都大大降低了焊接接头的力学性能。因此，在采用活性钨极氩弧焊进行镁合金焊接时必须研究解决镁合金熔合区晶粒粗化的措施，以得到具有良好综合性能的焊接接头。从生产应用的角度来看，也可以减轻钨极氩弧焊焊前准备的工作量，降低焊接成本。因此，迫切需要一种既可以增加焊缝熔深和改善焊缝表面成形又可以增强焊接接头性能的适用于镁合金钨极氩弧焊的新型焊接方法。
发明内容
本发明目的是提供一种适用于改善镁合金活性钨极氩弧焊的新型焊接方法，该方法既可以显著提高焊接接头的熔深又可以细化母材晶粒，从而达到提高焊接接头拉伸性能的目的。在进行传统钨极氩弧焊焊接之前，先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。将氧化物活性剂粉末和纳米陶瓷颗粒按比例进行混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状。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40 mm，活性剂的平均涂敷量为5 mg · cm—2。待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。经过大量系统的实验研究，我们可以得出以下结论纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊能明显增加焊缝熔深，这是“Marangoni对流”的作用结果；并且随着Marangoni对流进入熔池纳米陶瓷颗粒不仅可以促进焊缝液态金属的形核结晶达到细化焊缝晶粒的目的，同时也起到弥散强化的效果，从而影响镁合金焊接接头的力学性能。本发明优点是通过氧化物活性剂粉末和纳米陶瓷颗粒的综合作用，既能显著提高焊缝熔深又可以改善镁合金焊接接头的力学性能。拉伸测试结果表明，采用此方法进行镁合金钨极氩弧焊时，焊接接头的极限抗拉强度明显增加。
图1是活性钨极氩弧焊焊缝成形照片。图2是纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊焊缝成形照片。图3是活性钨极氩弧焊焊缝横截面熔深照片。图4是纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊焊缝横截面熔深照片。图5是活性钨极氩弧焊焊缝熔合区显微组织照片。图6是纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊焊缝熔合区显微组织照片。图7是活性钨极氩弧焊和纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊焊后焊接接头的应力应变曲线。
具体实施例方式例I
纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊过程中采用的氧化物活性剂和纳米陶瓷颗粒的重量配比为TiO2 60%和纳米SiC颗粒40%。先将TiO2活性剂粉末和纳米SiC颗粒按比例进行混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状。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40 mm，活性剂的平均涂敷量为5 mg · cm_2。待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。对板厚为5 mm的AZ31镁合金板材进行钨极氩弧焊，采取的焊接规范为
权利要求
1.一种新型纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊接方法，本发明的特征是活性剂由氧化物活性剂粉末和纳米陶瓷颗粒组成，其重量配比为TiO2 :50% 70%和纳米SiC :30% 50%。
2.本发明的特征是先将活性剂粉末按照权利I所述的比例进行混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状，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40 mm，活性剂的平均涂敷量为5 mg · cm—2，待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。
全文摘要
本发明公开了一种新型纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊方法，属于活性焊接技术。其特征在于在焊接之前，先将氧化物活性剂粉末和纳米陶瓷颗粒按比例混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状。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，活性剂的平均涂敷量为5mg·cm-2。待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。采用纳米颗粒增强活性钨极氩弧焊接得到的焊缝表面波纹细腻光滑；比传统钨极氩弧焊的焊缝熔深增加了110%；焊缝熔合区晶粒与采用活性钨极氩弧焊相比明显减小；焊接接头拉伸性能比采用活性钨极氩弧焊提高64.6%。解决了镁合金钨极氩弧焊熔深浅和活性钨极氩弧焊晶粒粗大的难题。
文档编号B23K35/362GK103008845SQ20121053584
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者沈骏, 李诗增 申请人:重庆大学