专利名称：一种镁基复合材料焊接方法
技术领域：
本发明涉及金属复合材料的焊接方法，具体是一种镁基复合材料焊接方法。
背景技术：
镁基复合材料(MMCs)具有高的比强度和弹性模量、良好的耐磨性、接近于零的热膨胀系数和良好的尺寸稳定性，可以用于高性能汽车零部件的制造，满足汽车减重节能的要求，同时在航空航天领域，已成功地用于制作人造卫星支架、L频带平面天线、空间望远镜、人造卫星抛物面天线等，是21世纪重点发展的新材料。然而，镁基复合材料构件制造中必须面临到焊接的问题，这是现代制造业所面临的全新课题。镁是活性最大的金属，其熔点(651°C )和沸点(1107°C )低，在热加工过程中，容易出现氧化、吸气，挥发、燃烧(在空气中加热到550°C就会突然燃烧)，因此，镁合金及其复合材料的焊接成型是非常棘手的问题。目前，镁合金的焊接方法有钨极电弧惰性气体保护焊(TIG)、金属极电弧惰性气体保护焊(MIG)、等离子弧焊、电子束焊和摩擦焊等。TIG和MIG 是镁合金目前最主要的两种焊接方法，但存在焊接速度低、热影响区大、熔区宽、收缩率高、 组织和性能离散度大、合金元素汽化损失严重、焊缝应力和变形大等诸多问题，同时镁基复合材料构件密度低，熔点低，热导率和电导率大，热膨胀系数大，化学活泼性很强，易氧化， 且氧化物的熔点很高，这两种方法都难以获得与母材性能相匹配的焊接接头，特别是由于镁基复合材料中加入了增强体，更加恶化了其焊接性。
发明内容
为了解决目前镁基复合材料存在的上述焊接问题，本发明提供一种镁基复合材料激光焊的焊接方法，并优化焊接工艺参数，最终达到了良好的焊接结果。本发明的技术方案为一种镁基复合材料焊接方法，首先用线切割的方法将镁基复合材料切割成20mmX60mm大小,厚I. 5mm的片状板材试样,并对切割后的试样进行焊前处理，焊前处理包括以下步骤
a.打磨
在焊接前先用粗砂纸打磨试样表面及焊接接缝除去材料上的氧化皮，使其光滑平整；
b.清洗
用丙酮清洗打磨后的试样，除去油溃和打磨下的氧化皮，洗净后，放通风处晾干；
c.装夹
待试样晾干后，装夹试样，装夹过程中避免用手接触焊接区域，特别是焊接接缝处，以免对焊接产生不良影响；
d.烘干
试样装夹完后需要烘干，把整个夹具放入100°C (温度过高会使复合材料氧化)的烘箱内烘烤5分钟取出，自然冷却。在装夹试样过程中，在夹具的夹板和试样之间垫一层O. 2mm厚的薄铁片，并超出夹板内侧一部分，对齐两个试样的焊接接缝后，固定夹板，用薄刮刀(宽度略小于两夹板之间的距离而大于薄铁片之间的距离)蘸取铝粉浆料涂抹在两个试样的焊接接缝处，并用薄刮刀刮磨平整，铝粉浆料的厚度与薄铁片的厚度相等。所用铝粉浆料由质量浓度为4%的聚乙烯醇水溶液和200目的铝粉混合调匀而成，铝粉的加入量使浆料的粘稠程度为刚好能形成液滴，这样在接下来的激光焊接过程中，铝粉浆料可以补充焊接过程中熔池氧化烧损的部分，有利于熔池的形成。所用夹具为自制夹具，其由一块基板和两块夹板组成，基板水平设置，两块夹板平行设在基板上，夹板和基板之间通过螺钉连接，两块夹板相对的侧面的下部分别设有一个凸台，夹板的厚度为2mm,凸台的厚度为O. 5mm,基板的上表面上还设有V形凹槽。激光焊焊接工艺采用热传导式焊接方法，焊接接头为对接型，光斑直径I. 5mm, 脉宽O. 5ms，激光脉冲频率60Hz，焊接功率34(T360W，激光扫描速度30(T400mm/min，保护气为氩气，氩气流动渠道有两个，一个与激光束同轴保护聚焦镜头，流速为1.2L/min，另一条保护气体通过整齐排列的直径为O. 3mm的小洞保护激光焊熔池，流速为I. 75L/min。有益效果采用本发明的焊接方法对镁基复合材料进行焊接，可以形成较好的焊缝，焊缝连续、完全熔透、呈鱼鳞状、接头变形小，接头强度最高可达80. 6Mpa，焊缝显微硬度在18(T200HV ;而且本发明和传统的焊接方法相比，具有输入热量低、热影响区小、熔宽窄、 应力和形变小、焊接速度高等显著优点。
图I为本发明中用到的夹具的主视图。图2为本发明中用到的夹具的俯视图。图3为本发明中在两个试样的焊接接缝处涂抹铝粉浆料的示意图。图中标记为1、基板，2、夹板，3、螺钉，4、凸台，5、V形凹槽，6、试样，7、薄铁片，8、 薄刮刀，9、铝粉浆料。
具体实施例方式首先用线切割的方法将镁基复合材料切割成20mmX60mm大小，厚I. 5mm的片状板材试样，然后用粗砂纸打磨试样表面及焊接接缝以除去表面的氧化皮，使其光滑平整；再用丙酮清洗打磨后的试样，除去油溃和打磨下的氧化皮，洗净后，放通风处晾干；待试样晾干后，进行装夹试样，装夹过程中，在在夹具的夹板2和试样6之间垫一层O. 2mm厚的薄铁片
7,并超出夹板2内侧一部分，对齐两个试样6的焊接接缝后，固定夹板2，用薄刮刀8蘸取少量铝粉浆料9涂抹在两个试样6的焊接接缝处，并用薄刮刀8刮磨平整，铝粉浆料9的厚度与薄铁片7的厚度相等，所用的铝粉浆料由质量浓度为4%的聚乙烯醇水溶液和200目的铝粉混合调匀而成，铝粉的加入量使浆料的粘稠程度为刚好能形成液滴；试样装夹完后，把整个夹具放入100°C的烘箱内烘烤5分钟取出，自然冷却；然后调节激光焊机的参数设置对试样进行激光焊接，其中焊接过程中采用热传导式焊接方法，试样焊接接头为对接型，光斑直径I. 5mm,脉宽O. 5ms,激光脉冲频率60Hz，焊接功率34(T360W，激光扫描速度30(T400mm/ min,保护气为氩气，氩气流动渠道有两个，一个与激光束同轴保护聚焦镜头，流速为I. 2L/ min，另一条保护气体通过整齐排列的直径为O. 3mm的小洞保护激光焊熔池，流速为I. 75L/min。焊接完后，得到了成形较好的焊缝，焊缝连续、完全熔透、呈鱼鳞状、接头变形小， 接头强度为70. 2 80. 6Mpa，焊缝显微硬度为18(T200HV。
权利要求
1.一种镁基复合材料焊接方法，其特征在于过程如下(1)、首先用线切割的方法将镁基复合材料切割成20_1\60111111大小，厚1.5mm的片状板材试样，然后用粗砂纸打磨试样表面及焊接接头除去表面的氧化皮，使其光滑平整；(2)、用丙酮清洗打磨后的试样，除去油溃和打磨下的氧化皮，洗净后，放通风处晾干；(3)、待试样晾干后,将两个试样装夹在夹具上,在夹具的夹板和试样之间垫一层O.2mm 厚的薄铁片，对齐两个试样的焊接接缝后，固定夹板，然后用薄刮刀蘸取铝粉浆料涂抹在试样焊接接缝处，并刮磨平整，铝粉浆料的厚度与薄铁片的厚度相等；所述的铝粉浆料由质量浓度为4%的聚乙烯醇水溶液和200目的铝粉混合调匀而成，铝粉的加入量使浆料的粘稠程度为刚好能形成液滴；(4)、试样装夹完后，把其放入100°C的烘箱内烘烤5分钟后，取出自然冷却；(5)、调节激光焊机的参数设置对试样进行激光焊接，其中采用热传导式焊接方法， 试样焊接接头为对接型，光斑直径I. 5mm,脉宽O. 5ms,激光脉冲频率60Hz，焊接功率 34(T360W，激光扫描速度30(T400mm/min，保护气为氩气，其中与激光束同轴方向保护聚焦镜头的氩气流速为I. 2L/min，保护激光焊熔池的氩气流速为I. 75L/min。
2.如权利要求I所述的一种镁基复合材料焊接方法所采用的夹具，其特征在于由一块基板(I)和两块夹板(2 )组成，基板(I)水平设置，两块夹板(2 )平行设在基板(I)上，夹板和基板之间通过螺钉(3)连接，两块夹板(2)相对的侧面的下部分别设有一个凸台(4)， 夹板(2)的厚度为2mm，凸台(4)的厚度为O. 5mm，基板(I)的上表面还设有V形凹槽(5)。
全文摘要
一种镁基复合材料焊接方法，涉及金属复合材料的焊接方法，先是对焊接试样进行焊前处理，包括打磨、清洗、装夹，烘干几个过程，采用激光焊焊接过程中，选用了合适的焊接工艺参数，如光斑直径1.5mm，脉宽0.5ms，激光脉冲频率60Hz，焊接功率340~360W，激光扫描速度300~400mm/min。最终取得了较好的焊接结果，焊缝连续、完全熔透、呈鱼鳞状、接头变形小，接头强度最高可达80.6Mpa，焊缝显微硬度在180~200HV。
文档编号B23K103/16GK102601527SQ201210061030
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者李洛利, 李继文, 王文焱, 王爱琴, 董晓明, 谢敬佩 申请人:河南科技大学